Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu một số thông số ảnh hưởng tới chi phí năng lượng riêng và năng suất khi sử dụng tời lắp sau máy kéo cỡ nhỏ để nâng hạ vật liệu xây dựng

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

Thêm vào BST

Báo xấu

11
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm xác định được mức độ ảnh hưởng, quy luật ảnh hưởng của vận tốc cáp kéo và tải trọng đến các chỉ tiêu nêu trên, từ đó xác định trị số tối ưu của vận tốc và tải trọng để đạt được năng suất cao và chi phí năng lượng riêng nhỏ nhất. 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 một số thông số ảnh hưởng tới chi phí năng lượng riêng và năng suất khi sử dụng tời lắp sau máy kéo cỡ nhỏ để nâng hạ vật liệu xây dựng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP -------------------- PHẠM VĂN TOẢN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ ẢNH HƢỞNG TỚI CHI PHÍ NĂNG LƢỢNG RIÊNG VÀ NĂNG SUẤT KHI SỬ DỤNG TỜI LẮP SAU MÁY KÉO CỠ NHỎ ĐỂ NÂNG HẠ VẬT LIỆU XÂY DỰNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI, 2011
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ------------------- PHẠM VĂN TOẢN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ ẢNH HƢỞNG TỚI CHI PHÍ NĂNG LƢỢNG RIÊNG VÀ NĂNG SUẤT KHI SỬ DỤNG TỜI LẮP SAU MÁY KÉO CỠ NHỎ ĐỂ NÂNG HẠ VẬT LIỆU XÂY DỰNG Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa nông lâm nghiệp MS: 60.52.14 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TRỊNH HỮU TRỌNG HÀ NỘI, 2011
i LỜI CẢM ƠN Sau thời gian làm việc khẩn trƣơng, nghiêm túc, đến nay tôi đã hoàn thành xong luận văn tốt nghiệp với tên là “Nghiên cứu một số thông số ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng và năng suất khi sử dụng tời lắp sau máy kéo cỡ nhỏ để nâng hạ vật liệu xây dựng”. Nhân đây, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hƣớng dẫn TS Trịnh Hữu Trọng, thầy giáo ThS Phạm Văn Lý. Xin chân thành cảm ơn Khoa Cơ điện và Công trình, trung tâm thí nghiệm thực hành – Khoa cơ điện công trình cùng toàn thể các thầy cô, cán bộ công nhân viên trong Khoa và trung tâm đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn các thầy cô và các bạn đồng nghiệp tại trƣờng Cao đẳng Cơ điện xây dựng Tam điệp. Xin cảm ơn gia đình, ngƣời thân, bạn bè đã luôn động viên giúp đỡ tôi. Tôi xin chân thành cảm ơn những sự giúp đỡ quí báu đó. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những kết quả trong luận văn này đƣợc tính toán chính xác, trung thực và chƣa có tác giả nào công bố. Những nội dung tham khảo, trích dẫn trong luận văn đều đƣợc chỉ dẫn nguồn gốc. Hà nội, tháng 6 năm 2011 Tác giả Phạm Văn Toản
ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... i MỤC LỤC ......................................................................................................... ii DANH MỤC HÌNH ......................................................................................... iv DANH MỤC BẢNG ......................................................................................... v ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................... 1 Chƣơng 1 ........................................................................................................... 2 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ......................................................... 2 1.1. Tình hình sử dụng máy kéo trong nông, lâm nghiệp ở nƣớc ta ............. 2 1.2. Tình hình nghiên cứu và sử dụng tời trên thế giới và trong nƣớc ......... 5 1.2.1. Tình hình trên thế giới..................................................................... 5 1.2.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nước ................................................ 8 Chƣơng 2 ......................................................................................................... 11 MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................................................ 11 2.1. Mục tiêu nghiên cứu............................................................................. 11 2.2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu........................................................ 11 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu...................................................................... 11 2.4. Nội dung nghiên cứu ............................................................................ 14 2.4.1. Nghiên cứu lý thuyết...................................................................... 14 2.4.2. Nghiên cứu thực nghiệm ............................................................... 14 1.1.1 2.4.2. Thực nghiệm đơn yếu tố .......................................... 16 Chƣơng 3 ......................................................................................................... 29 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI ................................................................... 29 3.1. Cấu tạo, đặc tính kỹ thuật của máy kéo Shibaura SD-2843 ................ 29 3.2. Cấu tạo, đặc tính kỹ thuật của tời lắp trên máy kéo Shibaura ............. 31 3.3. Mô hình áp dụng sơ đồ công nghệ sử dụng tời một trống lắp trên máy kéo để nâng hạ vật liệu xây dựng ................................................................ 33 3.4. Chi phí năng lƣợng riêng khi nâng hạ vật liệu..................................... 34
iii 3.5. Năng suất của tời .................................................................................. 36 Chƣơng 4 ......................................................................................................... 38 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ............................................................................. 38 4.1. Mục tiêu thực nghiệm .......................................................................... 38 4.2. Tham số điều khiển .............................................................................. 38 4.3. Phƣơng pháp đo và thu thập số liệu ..................................................... 38 4.4. Tiến hành thí nghiệm ........................................................................... 39 4.5. Kết quả thí nghiệm thăm dò ................................................................. 42 4.6. Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố .......................................................... 46 4.6.1. Chi phí năng lượng riêng .............................................................. 46 4.6.2. Năng suất ...................................................................................... 52 4.7. Kết quả thực nghiệm đa yếu tố ............................................................ 57 4.7.1. Chọn vùng nghiên cứu và các giá trị biến thiên của các yếu tố ảnh hưởng....................................................................................................... 57 4.7.2. Thành lập ma trận thí nghiệm ....................................................... 57 4.7.3. Xác định các thông số tối ưu ......................................................... 58 4.7.4. Vận hành máy với các thông số tối ưu: ........................................ 62 Chƣơng 5 ......................................................................................................... 64 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 64 5.1. Kết luận ................................................................................................ 64 5.2. Kiến nghị .............................................................................................. 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 66 PHỤ LỤC ........................................................................................................ 69
iv DANH MỤC HÌNH TT Tên hình Trang 3.1 Máy kéo Shibaura SD2843 29 3.2 Tời lắp sau máy kéo Shibaura SD2843 32 3.3 Sơ đồ tời cáp nâng hạ vật liệu xây dựng 33 4.1 Chuẩn bị máy tại hiện trƣờng 39 4.2 Đầu đo mô men T4A 40 4.3 Đầu đo mô men gắn dƣới tấm thép đỡ tời 40 4.4 Giá đỡ trục và đầu đo dƣới tấm thép đỡ tời 41 4.5 Đồng hồ bấm giây và đo số vòng quay 41 4.6 Bộ thu thập, khuếch đại nhiều kênh DMC-plus 42 Số liệu thu thập, xử lý bằng phần mềm DMC-laplus và 4.7 42 Excel Đồ thị ảnh hƣởng của tải trọng đến chi phí năng lƣợng 4.8 49 riêng Đồ thị ảnh hƣởng của vận tốc cuốn cáp đến chi phí năng 4.9 51 lƣợng riêng 4.10 Đồ thị ảnh hƣởng của tải trọng đến năng suất 54 4.11 Đồ thị ảnh hƣởng của vận tốc cuốn cáp tới năng suất 56
v DANH MỤC BẢNG TT Tên bảng Trang 2.1 Mã hoá các yếu tố ảnh hƣởng 22 2.2 Ma trận thí nghiệm kế hoạch trung tâm hợp thành 22 3.1 Các thông số kỹ thuật của máy kéo Shibaura SD- 29 2843 3.2 Các thông số kỹ thuật của tời lắp sau máy kéo 32 Shibaura SD-2843 4.1 Tổng hợp kết quả phân bố thực nghiệm 43 4.2 Các đặc trƣng của phân bố thực nghiệm 44 4.3 Tổng hợp kết quả phân bố thực nghiệm 45 4.4 Các đặc trƣng của phân bố thực nghiệm 46 4.5 Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố 47 4.6 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí năng 48 lƣợng riêng khi tải trọng thay đổi 4.7 Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố 50 4.8 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí năng 51 lƣợng riêng khi vận tốc cuốn cáp thay đổi 4.9 Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố 52 4.10 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm năng suất khi 53 tải trọng thay đổi 4.11 Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố 55 4.12 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm năng suất khi 56 vận tốc cuốn cáp thay đổi 4.13 Mã hoá các thông số đầu vào 57 4.14 Kế hoạch thực nghiệm theo ma trận Hartley 57 4.15 Tổng hợp kết quả tính toán hàm chi phí năng lƣợng 58 theo ma trận Hartley 4.16 Tổng hợp giá trị tính toán hàm năng suất theo ma 59 trận Hartley
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Cùng với sự phát triển của đất nƣớc, đời sống nhân dân nông thôn miền núi ngày càng phát triển, vì thế nhu cầu xây dựng nhà ở, các công trình nông thôn ngày càng cấp thiết. Trong xây dựng nhà ở, các công trình nƣớc sạch,... việc đƣa vật liệu xây dựng lên cao là công việc nặng nhọc nhất. Công việc này chiếm nhiều công sức và nhân lực nhƣng ở nông thôn hiện nay việc đƣa vật liệu lên cao chủ yếu làm thủ công, chƣa đƣợc cơ giới hóa. Việc cơ giới hóa nông nghiệp nông thôn đang đƣợc đẩy mạnh trong tất cả các lĩnh vực nông nghiệp, công nghiệp, giao thông và cả trong xây dựng. Do vậy việc cơ giới hóa công việc đƣa vật liệu lên cao là có nhiều triển vọng bởi vì ở nông thôn hiện nay có rất nhiều nguồn động lực cỡ nhỏ đƣợc nhà nƣớc và ngành chế tạo máy cung cấp. Song vấn đề này hiện nay lại chƣa đƣợc nghiên cứu một cách đầy đủ. Một số nơi đã thực hiện đƣợc việc cơ giới hóa công việc đƣa vật liệu lên cao nhƣng vẫn ở mức thấp và thiếu an toàn. Có thể dễ dàng nhìn thấy ở những nơi xây dựng ngƣời ta dùng tời dẫn động bằng động cơ điện để đƣa gạch, ngói, bê tông, sắt thép lên cao nhƣng không có phanh hãm, nếu mất điện đột ngột thì vật liệu sẽ rơi tự do rất nguy hiểm. Khi cần di chuyển hệ thống tời phải tháo dỡ và mang vác rất khó khăn, nặng nhọc. Một vấn đề đặt ra là làm thế nào nâng cao năng suất lao động, giảm thiểu sức lao động thủ công, bảo đảm an toàn lao động và khi cần di chuyển ta có thể thực hiện đơn giản dễ dàng trong khâu đƣa vật liệu lên cao. Trong sản xuất lâm nghiệp hiện nay thực hiện đề tài nghiên cứu cấp nhà nƣớc KC07-10 đã chế tạo ra hệ thống tời lắp trên máy kéo Shibaura để vận xuất gỗ rừng trồng. Với mục đích mở rộng khả năng ứng dụng của thiết bị này và thực hiện yêu cầu thực tế trên, đƣợc sự đồng ý của khoa Đào tạo sau đại học, tôi thực hiện đề tài: "Nghiên cứu một số thông số ảnh hưởng tới chi phí năng lượng riêng và năng suất khi sử dụng tời lắp trên máy kéo cỡ nhỏ để nâng hạ vật liệu xây dựng".
2 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tình hình sử dụng máy kéo trong nông, lâm nghiệp ở nƣớc ta Thực hiện Nghị quyết Đại hội Đảng Cộng Sản Việt Nam lần thứ XI, công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nƣớc không ngừng đƣợc nâng cao, hƣớng tới vào năm 2020 nƣớc ta trở thành nƣớc công nghiệp theo hƣớng hiện đại. Để thực hiện mục tiêu này, việc giải quyết các vấn đề nông nghiệp và nông thôn đƣợc đặt lên hàng đầu. Hiện nay, 70% dân số sống ở nông thôn, trong đó có 68% số này sống dựa chủ yếu vào sản xuất nông, lâm, thủy sản, vì vậy nhu cầu máy móc phục vụ cho việc cơ giới hoá là rất lớn. Trong một vài năm gần đây thực hiện chủ trƣơng lớn của Đảng và Nhà nƣớc ta về công nghiệp hóa, hiện đại hóa nông nghiệp, nông thôn. Quá trình chuyển dịch cơ cấu nông nghiệp gắn với cơ khí hóa để nâng cao năng suất, chất lƣợng, hiệu quả và sức cạnh tranh của nông sản hàng hóa trên thị trƣờng đã góp phần nâng cao trình độ cơ giới hóa sản xuất trong nông nghiệp. Theo [14], cả nƣớc ta hiện nay có trên 400 nghìn máy kéo các loại với công suất khoảng 4,5 triệu mã lực tăng 2,7 lần so với năm 2001, trong đó máy kéo hai bánh dƣới 12 mã lực chiếm 67,5%, máy kéo 12-35 mã lực chiếm 26,5% và máy kéo lớn trên 35 mã lực chiếm khoảng 6%. Bình quân trang bị động lực cho một ha canh tác cả nƣớc đạt 1,16 mã lực/ha. Do điều kiện phát triển kinh tế ở từng vùng khác nhau nên việc trang bị động lực cũng khác nhau. Vùng đồng bằng sông Cửu Long là nơi có trang bị máy kéo cao nhất toàn quốc với 1,85% mã lực/ha và vùng miền núi phía Bắc là nơi có trang bị động lực thấp nhất toàn quốc 0,39 mã lực/ha. Cùng với việc thay đổi chính sách trong sản xuất nông nghiệp, chủ sở hữu nông nghiệp cũng chuyển dần từ doanh nghiệp hoạt động theo mô hình nhà nƣớc sang sở hữu tƣ nhân, hộ gia đình, đây là những đối tƣợng có tiềm
3 năng lớn áp dụng máy móc vào sản xuất nhờ đó mà hàng nghìn máy kéo, máy nông nghiệp đã đến với bà con nông dân. Nhiều loại máy kéo cỡ nhỏ đã nhập vào Việt Nam với số lƣợng lớn từ các nƣớc nhƣ là Nhật Bản, Hàn Quốc và Trung Quốc. Các loại máy kéo này đƣợc sử dụng ở nƣớc ta đã góp phần cơ giới hoá nhiều khâu công việc trong sản xuất nông nghiệp. Những năm gần đây tỷ lệ cơ giới hóa làm đất bình quân cả nƣớc đạt 63,8% cao nhất là đồng bằng sông Cửu Long đạt 87%; Đông Nam Bộ 75%; Đồng bằng sông Hồng và duyên hải Nam Trung Bộ trên 65%, các vùng khác xấp xỉ 41%. Do điều kiện kinh tế nông thôn còn nhiều khó khăn, khả năng áp dụng những kỹ thuật công nghệ mới đắt tiền còn hạn chế. Chính vì vậy việc cơ giới hoá hiện đại hoá các khâu sản xuất cần rất nhiều vốn đầu tƣ và thời gian. Mặt khác nhu cầu cải thiện đời sống của ngƣời dân ngày càng tăng đặc biệt ở vùng nông thôn miền núi, nơi không có nhiều cơ hội tiếp xúc với công nghệ hiện đại. Chính vì vậy những nghiên cứu cải tiến áp dụng những công nghệ sẵn có là cần thiết. Hiện nay, nhu cầu sử dụng máy kéo cỡ nhỏ trong các khâu canh tác nông nghiệp là rất lớn. Song do đặc điểm của sản xuất nông lâm nghiệp là mang tính thời vụ, thời gian rảnh rỗi trong năm của máy móc còn nhiều. Vì vậy để nâng cao hiệu quả vốn đầu tƣ và hiệu quả sử dụng máy móc đồng thời tạo thêm việc làm cho ngƣời lao động, ở nƣớc ta, máy kéo không chỉ phục vụ trong nông nghiệp mà còn lĩnh vực khác nhƣ vận tải, xây dựng. Để nâng cao hiệu quả vốn đầu tƣ, tận dụng và phát huy khả năng làm việc của máy kéo nông nghiệp, đã có nhiều nghiên cứu của các nhà khoa học Việt Nam tập trung vào việc cải tiến, mở rộng phạm vi sử dụng của máy kéo cho chúng phù hợp với điều kiện sản xuất ở Việt Nam. Có thể kể đến một số công trình nghiên cứu trong lĩnh vực này nhƣ:
4 - Nguyễn Nhật Chiêu năm 1994 đã nghiên cứu thành công một đề mục của đề tài cấp nhà nƣớc KN03-04: “Thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm thiết bị vận xuất, bốc dỡ, vận chuyển để phục vụ khai thác gỗ nhỏ rừng trồng”. Với động lực là máy kéo nông nghiệp MTZ 50, liên hợp máy trang bị rơ moóc một trục, tời cơ học, cơ cấu nâng đầu bó gỗ dẫn động thuỷ lực [4]. - Năm 1997, nhóm cán bộ giảng dạy bộ môn Máy lâm nghiệp đã thiết kế, chế tạo thiết bị chuyên dùng là tời cơ khí một trống và cần treo gỗ hình chữ A lắp trên máy kéo DFH 180 vận xuất gỗ rừng trồng. - ThS Nguyễn Văn An trong công trình [1] đã xác định bằng lý thuyết các chỉ tiêu kéo, bám của máy kéo nông nghiệp khi làm việc ở vùng núi dốc. - TS Đậu Thế Nhu trong công trình [15] đã thiết kế cải tiến và chế tạo đƣợc máy kéo MKS công suất 18 HP có đặc tính kỹ thuật đáp ứng đƣợc yêu cầu trong chăm sóc mía và đã chế tạo thành công hệ thống các thiết bị phục vụ công tác chăm sóc mía giữa hàng với đặc tính kỹ thuật đáp ứng đƣợc các yêu cầu về nông học nhƣ điều chỉnh độ sâu phay, độ vun cao luống… - TS Phạm Minh Đức trong công trình nghiên cứu [9] đã phân tích đƣợc những yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng kéo bám của máy kéo DFH 80 khi vận chuyển gỗ bằng rơ moóc một trục có tính đến sự hoạt động phi tuyến của động cơ (mô men quay) với tải trọng trên moóc thay đổi và kết cấu moóc thay đổi. Nghiên cứu góp phần cho việc sử dụng hợp lý máy kéo DFH 180 cũng nhƣ làm cơ sở khoa học cho tính toán một số phần tử trong kết cấu moóc phù hợp. Từ những vấn đề đƣợc nêu ở trên cho thấy rằng máy kéo cỡ nhỏ đã, đang đƣợc từng bƣớc sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp nông thôn Việt Nam hiện nay và từng bƣớc đƣợc nghiên cứu mở rộng phạm vi sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
5 1.2. Tình hình nghiên cứu và sử dụng tời trên thế giới và trong nƣớc 1.2.1. Tình hình trên thế giới Tời là thiết bị vận xuất gỗ đƣợc sử dụng rộng rãi ở nhiều nƣớc. Trong khai thác lâm sản tời đƣợc sử dụng độc lập để bốc gỗ, xếp đống gỗ, kéo gỗ từ xa hoặc là bộ phận chính của đƣờng cáp vận xuất, thiết bị công nghệ của máy kéo chuyên dùng vận xuất gỗ. Ở những nƣớc có nhiều nền công nghiệp rừng tiên tiến nhƣ Mỹ, Canada, Áo, Thụy Sỹ, Na Uy, Nga,… Việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo, sử dụng và hoàn thiện tời đƣợc quan tâm ngay từ thập kỷ 20 của thế kỷ trƣớc. Làm thế nào để tăng năng suất lao động và giảm giá thành vận xuất là vấn đề nghiên cứu đƣợc quan tâm hàng đầu. Ở các nƣớc nhƣ Mỹ, Canada vận xuất gỗ bằng tời đƣợc sử dụng rộng rãi ở các vùng núi cao, xuất hiện còn sớm hơn vận xuất gỗ bằng máy kéo. Ở các nƣớc này cũng giống nhƣ các nƣớc Tây Âu và Bắc Âu vận xuất gỗ bằng tời đƣợc gọi chung là hệ thống đƣờng cáp khai thác gỗ (Cable logging Systems) cho nên việc nghiên cứu hoàn thiện tời song hành với nghiên cứu hoàn thiện đƣờng cáp vận xuất. Các hƣớng nghiên cứu chính ở các mục tiêu đƣợc tiến hành: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo, sử dụng tời tự hành lắp trên máy kéo bánh bơm hoặc máy kéo bánh xích thay cho việc sử dụng tời cố định. Các hãng sản xuất tời cáp hàng đầu của Mỹ nhƣ Sketjet Berger, Timberland, Veirhozer đã cho ra đời các loại tời cáp tự hành Wowniton 108 với tời 3 trống công suất 320 mã lực, dây cáp đƣợc nối thành vòng kín, cột tời cao 15m lắp trên máy kéo bánh bơm hoặc máy kéo bánh xích. Các loại tời cáp tự hành của hãng Ckedjet nhƣ GT5C, GT5D, GT4 đƣợc sử dụng hiệu quả khi vận xuất ở cự ly 200-300m, diện tích của mỗi lô khai thác 15-16ha một ca làm việc kéo đƣợc
6 350 cây gỗ. Việc sử dụng tời tự hành làm giảm công di chuyển, lắp đặt tời dẫn đến giảm giá thành vận xuất. Nghiên cứu thay thế việc buộc gỗ bằng cơ cấu ngàm kẹp thay cho buộc gỗ bằng dây cáp. Kết quả nghiên cứu của Viện FERIC (Mỹ) cho thấy rằng khi sử dụng tời cáp tự hành Medill 044 và American 7250 trang bị cơ cấu ngàm kẹp gỗ trong khu khai thác gỗ của Công ty Maxmilan Broedel cho năng suất 210m3/ca ở cự ly vận xuất 113m, thể tích trung bình của khúc gỗ 0,3-0,5 m3, thời gian cho một chuyến kéo 0,95- 1,34 phút. Việc sử dụng ngàm kẹp gỗ đã cho năng suất tăng 2 lần và góp phần cải thiện điều kiện làm việc của công nhân vận xuất. Song song việc sử dụng ngàm kẹp gỗ thì nghiên cứu điều khiển từ xa bằng vô tuyến đƣợc nghiên cứu sử dụng. Các hãng sản xuất “ Jonson ind LTD (Canada) hệ thống điều khiển khâu buộc gỗ bằng sóng vô tuyến trên diện tích khu khai thác nhờ hệ thống MK11 đã tăng năng suất lên 2 lần (58 khúc gỗ/giờ so với tính toán 30-38 khúc gỗ/ giờ) Ở các nƣớc Châu Âu nhƣ Na Uy, Thuỵ Sỹ, Áo, Pháp, Thụy Điển, do điều kiện tự nhiên và điều kiện rừng khác hẳn với Mỹ và Canada hệ thống tời cáp chỉ sử dụng ở những nơi mà máy kéo không sử dụng đƣợc. Phƣơng thức khai thác chủ yếu đƣợc áp dụng ở những nƣớc này là chặt chọn hoặc chặt tỉa thƣa, sản lƣợng gỗ trên 1ha thấp, gỗ có kích thƣớc nhỏ cho nên tời tự hành có công suất nhỏ đƣợc sử dụng và nghiên cứu. Một số hãng sản xuất nổi tiếng nhƣ Igland A/C (NaUy) đã sản xuất các loại tời một trống Primett 4000LH có lực kéo 45kN và tời 2 trống 8002F có lực kéo 80kN có thể lắp trên các loại máy kéo nông nghiệp, sản phẩm đã đƣợc xuất khẩu sang 25 nƣớc trên thế giới
7 Hãng sản xuất Kufer (Pháp) sản xuất tời tự hành MF10, MF15, MF25 lắp trên máy kéo bánh lốp 3 hoặc 4 bánh, công suất từ 16ml đến 31 ml, lực kéo 37.000N, tốc độ cuốn của dây cáp 0,2-2,1 m/s. Các kiểu tời tự hành của hãng Sépon, Koska ( Thụy Điển) Kracer (Áo), Opvallden (Thụy Sỹ) với lực kéo 30.000N, tốc độ cuốn cáp 0,3–2,5 m/s là những mẫu tời 2 trống tự hành điển hình của các nƣớc Châu Âu Ở nƣớc Nga, tời vận xuất gỗ đƣợc áp dụng từ thế kỷ 19 đƣợc các kỹ sƣ Nga N.Sƣtrenco (1878). IA.Vasiliev (1890) thiết kế và chế tạo Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh và sử dụng tời đƣợc các trung tâm nghiên cứu lớn nhƣ: Viện nghiên cứu cơ giới hoá và năng lƣợng (XNipMe), viện nghiên cứu lâm nghiệp Xiberi (XibNiiLP), Viện nghiên cứu lâm nghiệp IRờcut (Irơcutsk NiiLΠ) tiến hành trong nhiều năm qua. Để vận xuất gỗ ở điều kiện địa hình bằng phẳng với cự li vận xuất dƣới 500m và địa hình dốc dƣới 2000m Viện nghiên cứu cơ giới hoá năng lƣợng đã thiết kế và chế tạo các mẫu tời TL.3, TL.4, TL.5. Theo [21]. Kết quả nghiên cứu sử dụng các loại tời trên cho thấy rằng ngoài những ƣu việt nổi bật nhƣ ít phá hoại cây con, phá hoại đất, còn có những ƣu việt nhƣ giảm công sửa chữa 2–3 lần,chi phí nhiên liệu giảm 50–60%, giá thành ca máy giảm 1,5 lần so với sử dụng máy kéo để vận xuất ở điều kiện thể tích trung bình của gỗ khai thác 0,2m3 sản lƣợng 150m3/ha cự li vận xuất 500 – 550m Các loại tời cố định LL12A, LL-8 đƣợc nghiên cứu hoàn thiện thay thế các mẫu tời trên lực kéo tăng (20–30)%, tốc độ cuốn cáp tăng (25–40)%, việc trang bị thêm hộp số cho phép đổi chiều quay của trống tời và giảm tốc độ đã giúp mở rộng phạm vi sử dụng tời. Từ thập kỷ 80, việc nghiên cứu chế tạo các loại tời di động thay thế cho các loại tời cố định đƣợc nghiên cứu rộng rãi. Các mẫu tời tự hành loại nhỏ do chi nhánh KiaVKazơ của Viện nghiên cứu cơ giới hoá năng lƣợng Nga
8 nghiên cứu, chế tạo có dung tích chứa cáp của trống tời 1000m, lực kéo 21.000N, tốc độ cuốn cáp 0,3–4,3m/s tời này lắp trên máy kéo T40A. Các mẫu tời tự hành LC.2, LL-20 do chi nhánh Irơcut của Viện XnipMe nghiên cứu chế tạo lắp trên máy kéo TDT-55, TT4, viện nghiên cứu áp dụng hệ thống điều khiển từ xa cho tời di động đƣợc quan tâm nghiên cứu. Mẫu tời LL-14 đƣợc chế tạo khảo nghiệm ở Viện lâm nghiệp GoRiAtre – KlutreVXki cho thấy việc sử dụng điều khiển từ xa giảm giá thành vận xuất 15%. Ở Trung Quốc các loại tời 2 trống, 3 trống đƣợc sử dụng phổ biến để vận xuất gỗ ở vùng núi nhƣ JS-0,4, JS208, JS2.3, JS3-6, JZ.2-1,5, JZ2-3 có lực kéo từ 4-30KN, tốc độ cuốn cáp 0,2-6m/s, cự li kéo từ 80-1000m. 1.2.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nước Có hai trung tâm lớn nghiên cứu về khai thác gỗ ở Việt Nam là Trƣờng Đại học Lâm nghiệp và Viện khoa học Lâm nghiệp Việt Nam. Từ những năm 60 đến 90 của thế kỷ trƣớc, đối tƣợng khai thác chính là rừng tự nhiên. Các nghiên cứu tập trung vào một số hƣớng chủ yếu sau: - Khảo nghiệm các thiết bị nhập nội phục vụ một số khâu sản xuất. - Khảo nghiệm một số cƣa xăng trong dây chuyền khai thác gỗ ở Tây Nguyên - Nguyễn Trọng Hùng1982; “Sử dụng máy kéo TT.4 để vận xuất” - Nguyễn Văn Lợi 1982; “Sử dụng máy kéo để vận chuyển gỗ” - Nguyễn Kính Thảo 1984. - Nghiên cứu, chế tạo một số thiết bị cơ giới hoá khai thác gỗ: Nguyễn Kính Thảo: “Thiết kế máy kéo khung gập vận xuất gỗ L-35”; Lê Duy Hiền: “Thiết kế đƣờng cáp Visen vận xuất gỗ”; Viện khoa học Lâm nghiệp đã thiết kế, chế tạo rơ moóc chở gỗ dài, đƣờng cáp vận xuất gỗ 1A… Từ những năm 90 của thế kỷ trƣớc đến nay, do đóng cửa rừng tự nhiên nên các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào công nghệ và thiết bị khai thác rừng trồng. Có thể liệt kê ra đây một vài công trình tiêu biểu:
9 - Trịnh Hữu Lập: “Hoàn chỉnh quy trình công nghệ vận xuất gỗ, vận chuyển gỗ rừng trồng”; “Thiết kế lắp đặt đƣờng cáp kéo căng thả chùng vận xuất gỗ”. - Đề tài cấp Nhà nƣớc KN-03-04 “Thử nghiệm hoàn thiện và áp dụng công nghệ khai thác, chế biến và bảo quản gỗ nhỏ” do TS. Nguyễn Kính Thảo làm chủ nhiệm đã tạo ra đƣợc 1 mẫu máy có thiết bị tời cáp dẫn động cơ khí, cơ cấu nâng gỗ dẫn động thuỷ lực, thiết bị có thể gom gỗ từ xa, tự bốc gỗ lên rơ mooc và vận chuyển ở cự li ngắn. Đã khảo nghiệm cƣa xăng Partner P-70 và tời 2 trống chặt hạ và vận xuất gỗ ở trong rừng ngập mặn. - Năm 2006, thuộc đề tài cấp nhà nƣớc KC07-26-05: “Nghiên cứu lựa chọn công nghệ và hệ thống thiết bị cơ giới hoá khai thác gỗ rừng trồng trên độ dốc 10-200, PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu và các công tác viên đã nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị tời cáp lắp sau máy kéo Shibaura để vận xuất gỗ rừng trồng và thiết bị tay bốc thuỷ lực lắp trên máy kéo Shibaura để bốc dỡ gỗ Năm 2005, thực hiện đề tài ghiên cứu cấp nhà nƣớc: “Nghiên cứu lựa chọn công nghệ và hệ thống thiết bị cơ giới hóa các khâu làm đất, trồng, chăm sóc rừng trồng và khai thác gỗ” thuộc chƣơng trình KHCN trọng điểm cấp nhà nƣớc giai đoạn 2001-2005 KC07 đã thiết kế chế tạo đƣợc mẫu tời thuyền tự hành 1 trống để vận xuất gỗ rừng trồng, công suất 4,2 kW, cự ly gom 50m, lực kéo tối đa 5696N; năng suất 15–20 m3/ca. Ƣu điểm lớn nhất của tời là thiết kế gọn nhẹ, đơn giản, dễ chế tạo. Nhƣợc điểm: Cự ly gom gỗ ngắn, lực kéo nhỏ chỉ phù hợp với gỗ rừng trồng, côn ly tâm có độ bền kém. Giai đoạn 2006–2010, thực hiện đề tài NC trọng điểm cấp bộ “Nghiên cứu công nghệ, cải tiến, thiết kế, chế tạo một số thiết bị phục vụ khai thác chọn rừng tự nhiên nhằm nâng cao tỷ lệ tận dụng gỗ và hạn chế tác động xấu đến môi trƣờng xung quanh” đã thiết kế, chế tạo đƣợc mẫu tời hai trống công
10 xuất 10 kW. Ƣu điểm: của mẫu tời này là có công suất lớn hơn, cự ly kéo xa hơn, đã mở rộng thêm đƣợc 5 cấp tốc độ nhờ trang bị thêm hộp số và trang bị thêm một trống tời tạo điều kiện mở rộng khả năng làm việc của tời với nhiều kiểu sơ đồ công nghệ khác nhau. Tóm lại: Tời là thiết bị vận xuất thông dụng đƣợc áp dụng ở nhiều nƣớc trên thế giới và đã đƣợc nghiên cứu tƣơng đối hoàn chỉnh và có hệ thống. Tùy theo điều kiện địa hình, điều kiện rừng, quy mô sản xuất mà ở đó mỗi nƣớc có những kiểu tời thông dụng khác nhau nhƣng nhìn chung xu thế chuyển từ tời cố định sang tời di động nhằm giảm nhẹ công di chuyển, lắp đặt đƣợc nhiều nƣớc quan tâm nghiên cứu. Một vài năm gần đây, ở nƣớc ta việc nghiên cứu sử dụng tời để vận xuất gỗ cũng đƣợc quan tâm nghiên cứu nhằm mở rộng khả năng làm việc của máy kéo cỡ nhỏ cũng nhƣ đẩy mạnh tỷ lệ cơ giới hoá sản xuất trong lâm nghiệp nói chung và trong khai thác gỗ rừng trồng nói riêng. Ở vùng núi nƣớc ta sản xuất nông lâm nghiệp thƣờng có qui mô nhỏ cho nên để tăng khả năng sử dụng thiết bị, tăng hiệu quả vốn đầu tƣ cần thiết phải nghiên cứu mở rộng tính năng hoạt động cho các thiết bị đã đƣợc chế tạo và sử dụng là rất cần thiết, một thiết bị có thể thực hiện đƣợc nhiều khâu công việc khác nhau từ lĩnh vực canh tác nông nghiệp, lâm nghiệp cho đến xây dựng. Đây chính là thiết bị đa năng cần thiết cho nông thôn miền núi Việt Nam hiện nay. Và cũng chính là một hƣớng nghiên cứu cần đƣợc quan tâm trong giai đoạn hiện tại.
11 Chƣơng 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Mục tiêu nghiên cứu Trên cơ sở nghiên cứu sự ảnh hƣởng của các yếu tố đến năng suất và chi phí năng lƣợng riêng của tời lắp sau máy kéo vận chuyển vật liệu xây dựng, xác định đƣợc mức độ ảnh hƣởng, quy luật ảnh hƣởng của vận tốc cáp kéo và tải trọng đến các chỉ tiêu nêu trên; từ đó xác định trị số tối ƣu của vận tốc và tải trọng để đạt đƣợc năng suất cao và chi phí năng lƣợng riêng nhỏ nhất. 2.2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài là chi phí năng lƣợng riêng và năng suất khi sử dụng tời lắp sau máy kéo Shibaura SD-2843 để nâng hạ vật liệu xây dựng và các thông số ảnh hƣởng là vận tốc và tải trọng. - Đề tài chỉ tiến hành thí nghiệm với hai thông số ảnh hƣởng đến chi phí năng lƣợng riêng và năng suất là tải trọng vàvận tốc cuốn cáp với chiều cao nâng tải là 10m. Địa điểm làm thực nghiệm: tại trƣờng Đại học Lâm nghiệp. 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu khoa học đƣợc chia ra: Nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng; nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm. Nghiên cứu lý thuyết có mục đích thiết lập một hệ thống quan điểm nào đó thông qua việc đƣa ra những qui luật mới; nghiên cứu lý thuyết thích hợp nhất khi nghiên cứu các đối tƣợng và hệ thống mà trong đó có thể phân chia rõ các hiện tƣợng và các quá trình có cùng bản chất vật lý.
12 Mục đích của nghiên cứu thực nghiệm là tiếp nhận những sự kiện mới, kiến thức khoa học và số liệu khoa học thông qua tổ chức thực nghiệm bằng cách quan sát đối tƣợng của nhà nghiên cứu. Khi nghiên cứu các hệ thống phức tạp mà ở trong đó diễn ra các hiện tƣợng và quá trình với bản chất khác nhau thì thích hợp hơn là dùng phƣơng pháp thực nghiệm với lý thuyết tƣơng ứng. Từ những phân tích ở trên cho thấy rằng nếu sử dụng phƣơng pháp lý thuyết để xác định sự ảnh hƣởng của tất cả các yếu tố đến 2 chỉ tiêu quan tâm là năng suất và chi phí năng lƣợng riêng thì phải nghiên cứu toàn diện mức độ ảnh hƣởng và cơ chế tác động của từng yếu tố đến các chỉ tiêu quan tâm, khối lƣợng nghiên cứu sẽ rất lớn. Chính vì vậy, để giảm bớt khối lƣợng công việc lựa chọn phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm là phù hợp hơn cả. Tuy nhiên, phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm mà chúng tôi sử dụng không phải là thực nghiệm thuần tuý mà là sự kết hợp hài hoà giữa lý thuyết và thực nghiệm; lấy lý thuyết làm cơ sở, làm định hƣớng ban đầu hỗ trợ giảm bớt khối lƣợng công việc, rút ngắn thời gian nghiên cứu thực nghiệm. Trong nghiên cứu thực nghiệm, có thể tiến hành thí nghiệm bằng phƣơng pháp cổ điển. Nhà thực nghiệm chỉ dựa vào kinh nghiệm và trực giác để chọn hƣớng nghiên cứu. Các thí nghiệm đƣợc tiến hành lần lƣợt với sự thay đổi từng thông số trong khi giữ nguyên các yếu tố còn lại. Phƣơng pháp cổ điển chỉ cho phép tìm kiếm cái mới phụ thuộc đơn định giữa các chỉ tiêu đánh giá và các yếu tố ảnh hƣởng một cách riêng biệt trong khi làm thực nghiệm một cách riêng rẽ sẽ theo từng yếu tố. Mặc dù có trong tay một tập hợp các phƣơng trình thực nghiệm đơn yếu tố nhƣng vì chúng chỉ là những trƣờng hợp riêng nên không cho kết quả chặt chẽ về mức độ ảnh hƣởng của từng yếu tố trong mối tác động qua lại giữa chúng cũng không thể tìm kiếm phƣơng án phối hợp tối ƣu các yếu tố ảnh hƣởng.
13 Với bài toán tìm kiếm điều kiện tối ƣu thì phƣơng pháp này không cho thấy hƣớng chuyển dịch của chúng. Các thực nghiệm đó thuộc dạng thụ động. Từ phân tích trên cho thấy việc áp dụng phƣơng pháp qui hoạch thực nghiệm để thực hiện đề tài này là cần thiết vì qui hoạch thực nghiệm là cơ sở phƣơng pháp luận của nghiên cứu thực nghiệm hiện đại. Đó là phƣơng pháp nghiên cứu mới, trong đó công cụ toán học giữ vai trò tích cực. Cơ sở toán học, nền tảng của lý thuyết qui hoạch thực nghiệm là toán học thống kê với hai lĩnh vực quan trọng là phân tích phƣơng sai và phân tích hồi qui. Theo nghĩa rộng, qui hoạch thực nghiệm là tập hợp các tác động nhằm đƣa ra chiến thuật làm thực nghiệm từ giai đoạn đầu đến giai đoạn kết thúc của quá trình nghiên cứu đối tƣợng (từ nhận thông tin mô phỏng đến việc tạo ra mô hình toán, xác định các điều kiện tối ƣu). Trong điều kiện đã hoặc chƣa hiểu biết đầy đủ về cơ chế của đối tƣợng. Ƣu điểm của qui hoạch thực nghiệm là: - Giảm đáng kể số lƣợng thí nghiệm cần thiết. - Giảm thời gian tiến hành thí nghiệm và chi phí phƣơng tiện, vật chất. - Hàm lƣợng thông tin nhiều hơn, rõ ràng hơn nhờ đánh giá đƣợc vai trò của sự tác động qua lại giữa các yếu tố và ảnh hƣởng của chúng đến hàm mục tiêu. - Nhận đƣợc mô hình toán học thực n ghiệm, đánh giá đƣợc sai số thí nghiệm, cho phép ảnh hƣởng của các thông số thí nghiệm với mức tin cậy xác định. - Xác định đƣợc điều kiện tối ƣu đa yếu tố của quá trình nghiên cứu một cách khá chính xác bằng các hàm toán học, hay cho cách giải gần đúng, tìm tối ƣu cục bộ nhƣ trong các thực nghiệm thụ động.