Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số yếu tố đến năng suất và chi phí năng lượng riêng khi vận xuất gỗ rừng tự nhiên bằng tời dung lượng cáp lớn lắp trên máy kéo xích

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:70

Thêm vào BST

Báo xấu

35
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 quy luật và mức độ ảnh hưởng của một số yếu tố đến năng suất và chi phí năng lượng riêng khi vận xuất gỗ rừng tự nhiên bằng tời dung lượng cáp lớn lắp trên máy kéo xích. Từ đó xác định được trị số tối ưu của các yếu tố ảnh hưởng để đạt được năng suất cao nhất và chi phí năng 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 sự ảnh hưởng của một số yếu tố đến năng suất và chi phí năng lượng riêng khi vận xuất gỗ rừng tự nhiên bằng tời dung lượng cáp lớn lắp trên máy kéo xích

LỜI CAM ĐOAN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP Tôi xin cam------------------------------------- đoan, đây là công trình của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. TRẦN NHO THỌ Tác giả luận văn NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ Trần Văn Thịnh ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG LỜI CẢM ƠN KHI VẬN XUẤT GỖ RỪNG TỰ NHIÊN BẰNG TỜI Sau một thời gian làm việc khẩn trương, với tinh thần nghiên cứu khoa DUNG LƯỢNG CÁP LỚN LẮP TRÊN MÁY KÉO XÍCH học một cách nghiêm túc, trên cơ sở các kiến thức của bản thân và các tài liệu tham khảo, sự hướng dẫn tận tình của TS. Nguyễn Văn Quân, thầy hướng dẫn trực tiếp, thầy Phạm Văn Lý với những nhận xét và góp ý xác đáng, thầy Trần Kim Khôi và các bạn đồng nghiệp đã tận tình giúp đỡ trong quá trình khảo Chuyên nghiệm tại hiện trường và xửngànhnghệ gỗ,đếm lý số liệu đo giấyđược. Đến nay, Đề tài LUẬN “Nghiên cứu sự ảnh hưởngVĂN THẠC của một SỸtốKỸ số yếu đếnTHUẬT năng suất và chi phí năng lượng riêng khi vận xuất gỗ rừng tự nhiên bằng tời tự hành hai trống” của tôi đã hoàn thành và đạt được mục tiêu đề ra. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc với những sự giúp đỡ tận tình quý báu đó. Tôi xin hứa với những kiến thức đã học được trong quá trình học tập và nghiên cứu, trong điều kiện có thể tôi sẽ vận dụng vào quá trình hoạt động LỜI CAM ĐOAN Hà Nội, 2010
Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực BỘ GIÁO DỤC và chưa VÀaiĐÀO được côngTẠO bố trong bấtBỘ kỳNÔNG NGHIỆP công trình VÀ PTNT nào khác. TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ------------------------------------- Tác giả luận văn TRẦN NHO THỌ NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT Trần VănSỐ YẾU TỐ Thịnh ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG KHI VẬN XUẤT GỖ RỪNG TỰ NHIÊN BẰNG TỜI DUNG LƯỢNG CÁP LỚN LẮP TRÊN MÁY KÉO XÍCH Chuyên ngành: Máy và Thiết bị cơ giới hóa Nông -Lâm nghiệp Mã số: 60.52.14 Chuyên ngànhnghệ gỗ, giấy LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT TS. Trần Tuấ n Nghĩa NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. Nguyễn Văn Quân Hà Nội, 2010
1 MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu Trong những năm gần đây, công nghiệp chế biến lâm sản không ngừng phát triển, tốc độ tăng trưởng khoảng 30% đã tạo thành một mạng lưới với nhiều ngành, nhiều thành phần kinh tế tham gia gồm trên 1.200 doanh nghiệp, trong đó doanh nghiệp nhà nước chiếm 26,7%, liên doanh và vốn nước ngoài 3,3%, doanh nghiệp ngoài quốc doanh chiếm 70% với tổng công suất chế biến khoảng 9 triệu m3/năm. Cùng với sự phát triển nhanh của ngành chế biến, đời sống kinh tế của nhân dân tăng nhanh làm cho nhu cầu về gỗ ngày càng cao. Mặc dù, diện tích rừng trồng đang phát triển mạnh nhưng chỉ đáp ứng một phần nhu cầu về gỗ nguyên liệu giấy và ván nhân tạo. Rừng tự nhiên nước ta, nguồn cung cấp gỗ lớn chủ yếu cho tiêu dùng và nhu cầu sản xuất của ngành chế biến. Trong nhiều năm qua, do nhiều nguyên nhân chủ quan và khách quan khác nhau như: chiến tranh, khai thác lạm dụng, sức ép tăng dân số, thiếu đất canh tác nông nghiệp làm nhiều diện tích rừng bị chuyển đổi mục đích sử dụng, nhận thức xã hội về tài nguyên rừng và vai trò của nó đối với sự phát triển kinh tế và an ninh môi trường chưa đầy đủ đã làm suy thoái rừng tự nhiên. Vì vậy, hiện nay diện tích rừng tự nhiên có thể khai thác được chủ yếu nằm ở vùng sâu, vùng xa, địa hình dốc, chia cắt nhiều. Việc vận xuất từ khu khai thác ra ngoài sẽ gặp rất nhiều khó khăn. Để khai thác gỗ rừng tự nhiên một cách có hiệu quả, chủ yếu là khai thác chọn, địa hình khu khai thác phức tạp, lượng gỗ lấy ra trong khu khai thác là rất ít, khả năng ảnh hưởng đến những cây còn lại là rất cao, nên Tiến
2 sỹ Nguyễn Văn Quân cùng với các nhà khoa học thuộc khoa Cơ điện và Công trình Trường Đại học Lâm nghiệp đã thực hiện đề tài cấp Bộ: “Nghiên cứu công nghệ và 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 trường xung quanh”. Một trong những nội dung của đề tài là thiết kế, chế tạo tời dung lượng cáp lớn và càng ngoạm gỗ thủy lực lắp trên máy kéo xích DT – 75. Thiết bị này áp dụng để vận xuất gỗ rừng tự nhiên, với hình thức khai thác chọn. Cây gỗ sau khi khai thác được máy kéo dùng tời dung lượng cáp lớn để thu gom gỗ từ những vị trí mà máy kéo không thể tới được, sau đó dùng càng ngoạm gỗ thuỷ lực để kẹp và kéo về tới bãi gỗ I. Đây là một thiết bị mới, để đưa vào sử dụng có hiệu quả cần tiến hành nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất và chi phí năng lượng riêng, từ đó xác định được các thông số kỹ thuật hợp lý khi sử dụng máy để đạt năng suất cao, giá thành hạ góp phần đưa sản phẩm đã được thiết kế và chế tạo vào thực tiễn sản xuất. Vì những lý do trên tôi thực hiện luận văn tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số yếu tố đến năng suất và chi phí năng lượng riêng khi vận xuất gỗ rừng tự nhiên bằng tời dung lượng cáp lớn lắp trên máy kéo xích ”. 2. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu của đề tài là xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng của một số yếu tố đến năng suất và chi phí năng lượng riêng khi vận xuất gỗ rừng tự nhiên bằng tời dung lượng cáp lớn lắp trên máy kéo xích. Từ đó xác định được trị số tối ưu của các yếu tố ảnh hưởng để đạt được năng suất cao nhất và chi phí năng riêng nhỏ nhất.
3 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Hình thức và thiết bị vận xuất gỗ Vận xuất gỗ là quá trình di chuyển cây gỗ từ nơi chặt hạ về kho gỗ I hoặc bãi gỗ tập trung, từ đó cây gỗ được vận chuyển tới kho gỗ II hoặc đến nơi tiêu thụ. Vận xuất gỗ là công việc rất nặng nhọc, nguy hiểm và ảnh hưởng lớn đến môi trường rừng. Trong tất cả các khâu của quá trình khai thác gỗ, khâu vận xuất giữ vai trò hết sức quan trọng, nó ảnh hưởng lớn đến năng suất, giá thành và chi phí trong khai thác. Để giảm giá thành, tăng năng suất lao động thì việc chọn một hình thức vận xuất hợp lý là hết sức quan trọng. Trong công nghệ vận xuất gỗ thường được sử dụng các loại hình như: vận xuất bằng súc vật, vận xuất bằng máng lao, vận xuất bằng máy kéo, vận xuất bằng đường cáp, … Trong các hình thức vận xuất nêu trên thì hình thức vận xuất bằng tời cáp lắp trên máy kéo thường được áp dụng để tập kết gỗ ở những khu vực mà các máy móc và thiết bị khác không thể thu gom được. Chính vì đặc điểm và tầm quan trọng như vậy nên đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về công nghệ cũng như trong máy móc thiết bị trong khâu sản xuất này. * Theo phương pháp vận xuất gỗ, người ta chia ra: - Phương pháp kéo lết, kéo nửa lết (Skidding): Ở phương pháp kéo lết, toàn bộ cây gỗ được kéo lết trên mặt đất; kéo nửa kéo lết chỉ một đầu cây gỗ được kéo lết trên mặt đất còn đầu kia được nhấc khỏi mặt đất nhờ hệ thống treo đỡ của phương tiện. - Phương pháp chở gỗ (Forwarding): là phương pháp mà toàn bộ tải được đặt trên các xe chở gỗ có bánh và được đưa về nơi tập trung bằng sức người, sức súc vật hoặc bằng máy kéo.
4 * Căn cứ vào hiện trạng cây gỗ sẽ có các hình thức: - Vận xuất gỗ khúc (Short wood): gỗ vận xuất được cắt thành khúc theo tiêu chuẩn gỗ thương phẩm rồi được chuyển ra bãi gỗ. - Vận xuất gỗ dài (Tree length): cây gỗ sau khi hạ được cắt cành, ngọn rồi cả thân cây được đưa về bãi gỗ, việc cắt khúc sẽ được thực hiện trên bãi gỗ. - Vận xuất gỗ nguyên cây (Full tree): Sau khi hạ, cây gỗ còn nguyên cả cành và tán được chuyển ra bãi gỗ, tại đây chúng được cắt cành và cắt khúc. Ở các nước có nền công nghiệp phát triển, người ta đã chế tạo và sản xuất hàng loại các loại máy kéo chuyên dùng sử dụng cho vận xuất gỗ rừng tự nhiên. Đó thường là các máy có công suất lớn, tính ổn định và khả năng bám cao, cơ động, làm việc tin cậy và cho năng suất cao. Trong những năm gần đây nhiều loại máy kéo lâm nghiệp đã được chế tạo và đưa vào sản xuất. Các máy kéo lâm nghiệp dùng trong vận xuất gỗ rất đa dạng, song có thể phân chia thành hai nhóm chính: máy kéo xích và máy kéo bánh bơm (bánh hơi). Máy kéo xích có ưu điểm là công suất lớn, khả năng bám và ổn định cao nên hiện tại chúng vẫn được sử dụng trong khai thác gỗ lớn rừng tự nhiên, ở những nơi địa hình dốc, phức tạp. Do đó máy kéo xích có trang bị tời thuỷ lực để vận xuất gỗ từ khu khai thác tới chỗ tập kết sẽ đạt năng suất cao và giải quyết được yêu cầu từ thực tiễn. Máy kéo xích có trang bị tời vận xuất gỗ cũng được áp dụng ở các lâm trường ở miền Trung nước ta phần đa số loại máy này là máy được nhập khẩu từ Liên Xô cũ.
5 Hình 1.1. Máy kéo TDT 55 được trang bị bàn bằng và tời để vận xuất gỗ 1.2. Tình hình nghiên cứu và sử dụng tời cáp vận xuất gỗ trên thế giới Tời là thiết bị vận xuất gỗ được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước. Trong khai thác lâm sản tời được sử dụng độc lập để bốc gỗ, xếp đống gỗ, kéo gỗ từ xa hoặc là bộ phận chính của đường cáp vận xuất, thiết bị công nghệ của máy kéo chuyên dùng vận xuất gỗ. Ở những nước có nền công nghiệp rừng tiên tiến như Mỹ, Canada, Áo, Thụy Sỹ, Na Uy, Nga,…. Việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo, sử dụng và hoàn thiện tời được quan tâm ngay từ thập kỷ 20 của thế kỷ trước. Làm thế nào để tăng năng suất lao động và giảm giá thành vận xuất là vấn đề nghiên cứu được quan tâm hàng đầu. Ở các nước như Mỹ, Canada vận xuất gỗ bằng tời được sử dụng rộng rãi ở các vùng núi cao, xuất hiện còn sớm hơn vận xuất gỗ bằng máy kéo. Ở các nước này cũng giống như các nước Tây Âu và Bắc Âu vận xuất gỗ bằng tời được gọi chung là hệ thống đường cáp khai thác gỗ (Cable logging Systems) cho nên việc nghiên cứu hoàn thiện tời song hành với nghiên cứu
6 hoàn thiện đường cáp vận xuất. Các hướng nghiên cứu chính ở các mục tiêu được 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 như Skedfet Berger, Timberland, Veirhozer đã cho ra đời các loại các loại tời cáp tự hành Wowniton 108 với tời 3 trống công suất 320 mã lực, dây cáp được 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 như GT5C, GT5D, GT4 được 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 được 350 cây gỗ. Việc sử dụng tời tự hành làm giảm công di chuyển, lắp đặt tời dẫn đến giảm giá thành vận xuất. Ở các nước Châu Âu như 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 được. Phương thức khai thác chủ yếu được áp dụng ở những nước này là chặt chọn hoặc chặt tỉa thưa, sản lượng gỗ trên 1ha thấp, gỗ có kích thước nhỏ cho nên tời tự hành có công suất nhỏ được nghiên cứu và sử dụng. Một số hãng sản xuất nổi tiếng như 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 được xuất khẩu sang 25 nước trên thế giới. Hãng sản xuất Kyfer (Pháp) đã sản xuất tời tự hành MF 10, MF 15, MF25 lắp trên máy kéo bánh lốp 3 hoặc 4 bánh, công suất từ 16CV đến 31CV, lực kéo 3700 kG tốc độ cuốn của dây cáp 0,2 – 2,1 m/s.
7 Các kiểu tời tự hành của hãng Sépon, Koska ( Thụy Điển) Kracer (Áo), Opvallden (Thụy Sỹ) với lực kéo 3000 kG, tốc độ cuốn cáp 0,3 – 2,5 m/s là những mẫu tời 2 trống tự hành điển hình của các nước Châu Âu. Ở nước Nga, tời vận xuất gỗ được áp dụng từ thế kỷ 19 do các kỹ sư Nga N.Sưtrenco (1878). IA.Vasiliev (1890) thiết kế và chế tạo. Vào những năm 1950 Tiệp Khắc (cũ) đã đưa vào sử dụng loại máy kéo bánh hơi LKT – 80, LKT - 120 được trang bị tời thuỷ lực (2,5 tấn) có thể gom gỗ từ xa và vận xuất gỗ theo phương pháp nửa lết, đây là loại máy kéo khung gập 4 bánh chủ động. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh và sử dụng tời được các trung tâm nghiên cứu lớn như: Viện nghiên cứu cơ giới hoá và năng lượng (XNiiMe). Viện nghiên cứu lâm nghiệp Xibiri (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 dưới 500m và địa hình dốc dưới 2000m, Viện nghiên cứu cơ giới hoá năng lượng đã thiết kế và chế tạo các mẫu tời TL.3, TL.4, TL.5. Theo [12]. Kết quả nghiên cứu sử dụng các loại tời trên cho thấy rằng ngoài những ưu việt nổi bật như ít phá hoại cây con, phá hoại đất, còn có những ưu việt như 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 lượng 150m3/ha, cự li vận xuất 500 – 550m. Các loại tời cố định IL12A, IL-8 được 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 tốc độ tăng lên đã giúp mở rộng phạm vi sử dụng tời.
8 Hình 1.2. Máy kéo bánh hơi LKT- 120 có trang bị tời thuỷ lực 1.3. Tình hình nghiên cứu và sử dụng tời cáp ở nước ta Có hai trung tâm lớn nghiên cứu về khai thác gỗ ở Việt Nam là Trường Đại học Lâm nghiệp và Viện khoa học Lâm nghiệp Việt Nam. Từ những năm 60 đến 90 của thế kỷ trước, đối tượng khai thác chính là rừng tự nhiên. Các nghiên cứu tập trung vào một số hướng chủ yếu sau: - Khảo nghiệm các thiết bị nhập nội phục vụ một số khâu sản xuất. - Khảo nghiệm một số cưa xăng trong dây chuyền khai thác gỗ ở Tây Nguyên - Nguyễn Trọng Hùng 1982; “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 đường cáp Visen vận xuất gỗ”; Viện khoa học Lâm nghiệp đã thiết kế, chế tạo rơ moóc chở gỗ dài, đường cáp vận xuất gỗ 1A… Từ những năm 90 của thế kỷ trước đến nay, do hạn chế khai thác 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 đường cáp kéo căng thả chùng vận xuất gỗ”. - Đề tài cấp Nhà nước 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 được 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 cưa xăng Partner P-70 và tời 2 trống, chặt hạ và vận xuất gỗ ở trong rừng ngập mặn. - Nguyễn Nhật Chiêu “Thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm thiết bị vận xuất, bốc dỡ, vận chuyển để khai thác gỗ nguyên liệu giấy và gỗ nhỏ rừng trồng”. - Nguyễn Văn Quân “Nghiên cứu áp dụng máy kéo bánh hơi để vận xuất gỗ rừng trồng”. Năm 2005, thực hiện đề tài nghiên cứu cấp nhà nước: “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 chương trình khoa học công nghệ trọng điểm cấp nhà nước giai đoạn 2001 – 2005 KC07 đã thiết kế chế tạo được 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. Ưu điểm lớn nhất của tời là thiết kế gọn nhẹ, đơn giản, dễ chế tạo. Nhược 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, đề tài 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 trường xung quanh” đã thiết kế, chế tạo được mẫu tời dung lượng cáp lớn lắp trên máy kéo xích DT75 cùng với thiết bị tay bốc thuỷ lực. Ưu điểm của
10 mẫu tời này là có công suất lớn, cự ly kéo gom gỗ xa hơn, khả năng làm việc ổn định. Tóm lại: Tời là thiết bị vận xuất thông dụng được áp dụng ở nhiều nước trên thế giới và đã được nghiên cứu tương đối hoàn chỉnh và có hệ thống. Tùy theo điều kiện địa hình, điều kiện rừng, quy mô sản xuất mà ở đó mỗi nước có những kiểu tời thông dụng khác nhau nhưng nhìn chung xu thế chuyển từ tời cố định sang tời di động nhằm giảm nhẹ công di chuyển, lắp đặt, được nhiều nước quan tâm nghiên cứu. Trong số các loại tời đơn giản thì tời được lắp sau máy kéo là loại tời được dùng rất hợp lý đối với việc vận xuất gỗ rừng tự nhiên áp dụng với hình thức chặt chọn. Ở nước ta, việc nghiên cứu tời vận xuất chưa được quan tâm nhiều, nghiên cứu chưa thành hệ thống. Cho đến nay chưa có một mẫu tời nào được sản xuất hàng loạt, chưa được thực tế sản xuất chấp nhận. Vì vậy, nghiên cứu để ứng dụng tời vào sản xuất là rất cần thiết nhằm tăng năng suất lao động, cải thiện điều kiện làm việc của công nhân.
11 Chương 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI Để xác định được những yếu tố có ảnh hưởng đến năng suất và chi phí năng lượng riêng của tời dung lượng cáp lớn lắp trên máy kéo xích khi vận xuất gỗ bằng phương pháp kéo lết. Trước tiên chúng tôi đi nghiên cứu cở sở lý thuyết về năng suất và chi phí năng lượng riêng của quá trình kéo gỗ bằng tời, từ đó phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất và chi phí năng lượng riêng. 2.1. Năng suất của tời khi vận xuất Năng suất là khối lượng gỗ mà tời kéo được trong một đơn vị thời gian. Theo [11] năng suất giờ của tời được xác định bằng công thức: 36001Q 1 N sgio  (2.1) t  Trong đó:  – Hệ số sử dụng thời gian; 1– Hệ số sử dụng tải trọng; Q – Tải trọng chuyến danh nghĩa t – Thời gian thực hiện một chuyến kéo  – Trọng lượng riêng của gỗ vận xuất Thời gian thực hiện một chuyến kéo được xác định bằng công thức: Σt = t1 + t2 + t3 + t4 (s) (2.2) Trong đó: t1 – Thời gian nhả cáp từ vị trí máy kéo đứng đến cây gỗ (s) t2 – Thời gian buộc gỗ (s) t3 – Thời gian kéo gỗ (s) t4 – Thời gian dỡ gỗ (s)
12 Thời gian kéo cáp không tải và có tải được xác định bằng công thức: l tb l t1  ; t 3  tb (s) (2.3) v ot vt Trong đó: ltb – Cự ly vận xuất trung bình; vot – Tốc độ của cáp khi không tải; vt – Tốc độ của cáp khi có tải; Thời gian buộc gỗ và dỡ gỗ được xác định bằng công thức: Q Q t2 = a ; t4 = b (s) (2.4) q q Trong đó: a – Thời gian buộc một khúc gỗ; b – Thời gian dỡ một khúc gỗ; q – Trọng lượng trung bình của một khúc gỗ vận xuất; Thay (2.4), (2.3), (2.2) vào (2.1) ta được 36001Q 1 N sgio  (2.5)  a  tb  b  ltb Q l Q vot q vt q 2.2. Những yếu tố ảnh hưởng đến năng suất của tời khi vận xuất Công thức (2.5) cho thấy rằng có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến năng suất của tời khi vận xuất. Để tiện cho việc phân tích, đánh giá các yếu tố ảnh hưởng của tời có thể chia chúng làm bốn nhóm: 2.3. Chi phí năng lượng riêng+ Nhóm 1: Các yếu tố thuộc về công tác tổ chức sản xuất gồm có các hệ số sử dụng thời gian  và 1 . + Nhóm 2: Các yếu tố thuộc về công nghệ sản xuất bao gồm cự ly vận xuất trung bình ltb, thời gian buộc gỗ (a), thời gian dỡ gỗ (b). + Nhóm 3: Các yếu tố thuộc về điều kiện sản xuất gồm trọng tải trung bình của một khúc gỗ (q) và trọng lượng riêng của gỗ (  ).
13 + Nhóm 4: Các yếu tố thuộc về máy gồm: tải trọng chuyến (Q), vận tốc cáp khi không tải (vot) và vận tốc cáp khi có tải (vt ). Chi phí năng lượng nói chung, chi phí năng lượng riêng nói riêng chiếm một tỷ trọng lớn trong giá thành vận xuất đồng thời nó cũng là chỉ tiêu đánh giá chất lượng của một thiết bị hay sự hoàn thiện của một quá trình. Như vậy, mục tiêu của đề tài nghiên cứu là nhằm tìm ra biện pháp kỹ thuật làm giảm chi phí năng lượng, góp phần làm giảm giá thành sản phẩm cũng như nâng cao chất lượng của thiết bị. Chi phí năng lượng riêng, theo [8 ] được xác định bằng công thức: W Nr  (2.6) M Trong đó: W – Chi phí năng lượng để làm ra một khối lượng sản phẩm M trong một đơn vị thời gian t nào đó; M – Khối lượng sản phẩm làm ra trong khoảng thời gian t. Căn cứ vào nguyên lý họat động của tời lắp sau máy kéo và sơ đồ công nghệ khi vận xuất gỗ bằng tời lắp sau máy kéo, chi phí năng lượng có thể được xác định bằng công thức: W = Nnc.tnc +Notb + Nt.tt + No.tg (2.7) Trong đó: Nnc – Công suất của động cơ khi tời thuỷ lực nhả hệ thống dây cáp; tot – Thời gian nhả cáp; No – Công suất động cơ trong trạng thái động cơ thuỷ lực đứng yên; tb - Thời gian buộc gỗ; Nt – Công suất động cơ khi tời thuỷ lực khi kéo hệ thống dây cáp trong trạng thái có tải;
14 tt – Thời gian hệ thống cáp chạy có tải; tg - Thời gian dỡ gỗ; Công suất của động cơ thuỷ lực khi kéo hệ thống dây cáp trong trạng thái không tải được xác định bằng công thức: Zkot .vot Not  (2.8) 1000η Trong đó: Zkot – lực kéo tại trục của động cơ cần thiết để cho hệ thống cáp chạy được trong trạng thái không tải; vot – Tốc độ trung bình của cáp không tải; η – Hiệu suất truyền động của bộ phận thủy lực. Để cho hệ thống dây cáp chạy được khi không tải, phải thỏa mãn điều kiện sau: Zkot ≥ Fcot (2.9) Với Fcot là lực cản chuyển động của hệ thống cáp trong trạng thái không có tải. Lực cản chuyển động của hệ thống cáp trong trạng thải không tải bao gồm lực cản chuyển động trong ổ trục của trống tời, lực cản cứng của dây cáp khi ra khỏi trống tời, lực cản ma sát do các đoạn cáp bị lết đất… Dựa vào sơ đồ công nghệ khi vận xuất gỗ bằng tời trên máy kéo, xác định được lực cản Fcot theo công thức sau: dc Qcμc  Zo  qcβcfc Dc (2.10) Fcot  ηKr Trong đó: Qc - Trọng lượng của trống tời và lượng cáp cuốn trên nó; µc – Hệ số ma sát trong ổ trục của trống tời; dc – Đường kính trục của trống tời;
15 Dc – Đường kính trống tời; Zo – Lực căng ban đầu cần thiết để khắc phục cản cứng của dây cáp khi tời và phanh hãm; qc – Trọng lượng một mét cáp; bc – Hệ số tính đến phần cáp bị lết đất; fc – Hệ số ma sát giữa cáp và đất; Khi có tải, để cho hệ thống cáp hoạt động, lực kéo tiếp tuyến trên trục trống tời sinh ra phải thắng được lực cản chuyển động của hệ thống giống như ở trạng thái không tải mà còn thêm lực cản chuyển động của tải khi chạy trên dốc. Công suất của động cơ khi kéo hệ thống dây cáp trong trạng thái có tải được xác định theo công thức: Zt .vt Nt  (2.11) 1000η Trong đó: Zt – Lực kéo tiếp tuyến cần thiết tại trục của động cơ để cho hệ thống cáp chạy được khi có tải; vt – Tốc độ trung bình của cáp khi có tải. Điều kiện để cho hệ thống tời cáp hoạt động được Z t  Fct (2.12) Trong đó Fct – Lực cản chuyển động của tời cáp khi có tải  dc   Q pμ p Dc  Zo  q c l cβc f c Qcosf  sin  dc Fct      Qc c  Zo (2.13)  ηr 1000η K ηrK  Dc   Trong đó: Q – Tải trọng chuyến danh nghĩa;  – Độ dốc của địa hình;
16 fγ– Hệ số ma sát giữa gỗ và đất. Thay các công thức (2.13), (2.12), (2.11), (2.10) vào (2.9), (2.8) và (2.7) ta được:  dc   Q c μ c  Zo  q cl'cβ'cf c'  Z'o  Dc W   vot t ot  ηKr1000η    (2.14)  dc   Z  q l β f Qcμ c D  Zo   o K c c c c  c  v t .tt  No t1  t 2   rη 1000η 1000η    Trong công thức (2.6), nếu thời gian tính là 1 giờ thì (M) chính là năng suất giờ. Chi phí năng lượng riêng có thể viết dưới dạng:  dc   Qcμ c D  Zo  q clcβcf c Zo  vot t ot ' Nr   c    ηKr1000η 1000η  Nsgiò   (2.15)  dc   Z  q l β f Qcμ c D  Zo  v .t N t  t   o K c c c c  c  t giòt  o 1giò 2  ηr 1000η 1000η  Ns Ns   2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng Công thức (2.15) cho thấy có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng và cũng cho thấy rằng những yếu tố nào ảnh hưởng đến năng suất (Ng) thì cũng ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng (Nr). Để tiện cho việc phân tích, đánh giá các yếu tố này cũng được chia thành bốn nhóm: + Nhóm 1: Các yếu tố thuộc về công tác tổ chức sản xuất:  , 1 . + Nhóm 2: Các yếu tố thuộc về công nghệ sản xuất: Ltb, a, b. + Nhóm 3: Các yếu tố thuộc về điều kiện sản xuất: fq, fc, q, g. + Nhóm 4: Các yếu tố thuộc về thiết bị: qc, Q, vot, vt, h, rK …
17 2.5. Nhận xét Qua phân tích đánh giá ở trên, thấy rằng có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hai chỉ tiêu năng suất và chi phí năng lượng riêng. Tuy nhiên, mỗi một yếu tố ảnh hưởng đến các chỉ tiêu ở mức độ khác nhau. Để tính toán cụ thể nhằm tìm ra các giá trị tối ưu để đạt được năng suất cao nhất, chi phí năng lượng riêng thấp nhất bằng công thức lý thuyết là bài toán hết sức phức tạp và khối lượng công việc rất lớn. Vì vậy, cần thiết phải chọn được phương pháp nghiên cứu phù hợp mà vẫn đảm bảo được độ tin cậy của kết quả.
18 Chương 3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là tời dung lượng cáp lớn lắp sau máy kéo xích, để vận xuất gỗ rừng tự nhiên do đề tài cấp Bộ đã thiết kế và chế tạo. 3.1.1. Thiết bị vận xuất gỗ rừng tự nhiên do đề tài cấp bộ thiết kế và chế tạo Thiết bị vận xuất gỗ rừng tự nhiên do đề tài cấp bộ thiết kế và chế tạo bao gồm có: Máy kéo cơ sở được chọn là máy kéo xích DT – 75. Loại máy này đang được sử dụng trong làm đường, san ủi mặt bằng. Trang bị chuyên dùng gồm có: Tời và hệ thống treo ngoạm gỗ. 3.1.1.1. Sơ đồ cấu tạo, nguyên lý hoạt động của thiết bị vận xuất gỗ rừng tự nhiên * Sơ đồ cấu tạo của thiết bị vận xuất gỗ rừng tự nhiên mà đề tài cấp bộ đã thiết kế và chế tạo 12 Hình 3.1. Sơ đồ cấu tạo của thiết bị vận xuất gỗ rừng tự nhiên