Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu xác định một số thông số tối ưu của xích cưa xăng để chặt hạ gỗ rừng tự nhiên tại Kon Tum

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:81

Thêm vào BST

Báo xấu

12
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 một số thông số tối ưu của xích cưa để chặt hạ gỗ rừng tự nhiên tại Kon Tum, nhằm giảm rung động, giảm chi phí nhiên liệu để tăng năng suất, giảm giá thành sản xuất, đồng thời đáp ứng được quy phạm kỹ thuật trong chặt hạ gỗ rừng tự nhiên. 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 xác định một số thông số tối ưu của xích cưa xăng để chặt hạ gỗ rừng tự nhiên tại Kon Tum

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP HỒ VĂN CUÔNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ TỐI ƯU CỦA XÍCH CƯA XĂNG ĐỂ CHẶT HẠ GỖ RỪNG TỰ NHIÊN TẠI KON TUM LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Hà Nội, 2013
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP HỒ VĂN CUÔNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ TỐI ƯU CỦA XÍCH CƯA XĂNG ĐỂ CHẶT HẠ GỖ RỪNG TỰ NHIÊN TẠI KON TUM Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số: 60520103 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. DƯƠNG VĂN TÀI NĂM 2013
1 MỞ ĐẦU Rừng là nguồn tài nguyên quý giá của con người, rừng cung cấp nguyên liệu cho sản xuất của nền kinh tế quốc dân, rừng còn là nguồn sinh thủy cho sông suối, hồ thủy điện và chống lại hiệu ứng nhà kính, hạn chế biến đổi khí hậu toàn cầu hiện nay. Ngoài ra rừng còn có chức năng phục vụ du lịch sinh thái, văn hóa và danh lam thắng cảnh của mỗi địa phương mỗi quốc gia. Hiện nay Việt nam có diện tích rừng là: 13.258.843 ha, rừng tự nhiên là: 10.339.305 ha, rừng trồng là : 2.919.538 ha độ che phủ trung bình trên toàn quốc là 39.1%. Rừng Việt Nam rất đa dạng về hệ thực vật cũng như hệ sinh thái đặc biệt rừng là nguồn cung cấp khối lượng gỗ rất lớn cho nền kinh tế quốc dân, theo số liệu điều tra năm 2010 rừng tự nhiên của Việt Nam có trữ lượng gỗ khoảng 2 tỷ m3. Hiện nay hàng năm ở Việt Nam khai thác chọn khoảng 200.000m3 gỗ từ rừng tự nhiên để phục vụ cho nhu cầu phát triển của nền kinh tế. Trong đó khối lượng gỗ khai thác rừng rừng tự nhiên ở khu vực Tây Nguyên chiến 50%. Theo chiến lược phát triển ngành Lâm nghiệp đến năm 2020 khối lượng gỗ khai thác từ rừng tự nhiên hàng năm khoảng một triệu m3. Tỉnh Kon Tum là khu vực tập trung diện tích rừng tự nhiên khá lớn, với trữ lượng cao, nhiều loại gỗ quí hiếm. Hàng năm tỉnh được chính phủ và Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn cho phép khai thác khoảng 10.000 m3 gỗ từ rừng tự nhiên theo hướng bền vững. Hiện nay công nghệ khai thác chọn gỗ từ rừng tự nhiên theo hướng bền vững ở một số địa phương đã áp dụng cơ giới hóa từ đó năng suất tăng lên, giảm công lao động, bước đầu cho hiệu quả cao. Trong quá trình áp dụng cơ giới hóa vào khai thác gỗ thì việc sử dụng cưa xăng để chặt hạ, cắt khúc, cắt ngọn là phổ biến và hiệu quả rất cao. Tuy nhiên, việc sử dụng cưa xăng vào chặt hạ gỗ rừng tự nhiên còn một số hạn chế đó là năng suất thấp, tuổi thọ cưa thấp, cưa bị quá tải, xích cưa nhanh mòn, rung động của cưa tác dụng lên người sử dụng lớn, nguyên nhân là do gỗ trong rừng tự nhiên có đường kính lớn, nhiều loại gỗ có cơ lý tính rất cứng, gỗ nhiều bạch vè. Để áp dụng cưa xăng vào chặt hạ gỗ rừng tự nhiên cần thiết phải có nghiên cứu các thông số tối ưu của xích cưa để giảm lực cắt, giảm rung động từ đó tăng
2 năng suất và tăng tuổi thọ của cưa, có như vậy thì sử dụng thiết bị có hiệu quả kinh tế cao Với những lý do đã được trình bày ở trên chúng tôi chọn và thực hiện đề tài: “Nghiên cứu xác định một số thông số tố i ưu của xích cưa xăng để chă ̣t ha ̣ gỗ rừng tự nhiên tại Kon Tum” Bố cục, nội dung của đề tài cụ thể như sau: Mở đầu. Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu. Chương 2: Mục tiêu, đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu. Chương 3: Cơ sở lý thuyết về quá trình cắt ngang gỗ rừng tự nhiên bằng xích cưa. Chương 4: Xác định một số thông số kỹ thuật của xích cưa xăng chặt hạ gỗ rừng tự nhiên. Kết luận và kiến nghị.
3 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Khái quát về rừng rừng tự nhiên ở tỉnh Kon Tum. 1.1.1. Điề u kiêṇ tự nhiên Vi ̣ trí điạ lý: Kon Tum là tỉnh miề n núi vùng cao, biên giới, nằ m ở phiá bắ c Tây Nguyên trong toa ̣ đô ̣ điạ lý từ 107020'15" đế n 108032'30" kinh đô ̣ đông và từ 13055'10" đế n 15027'15" vi ̃ đô ̣ bắ c. Kon Tum có diê ̣n tić h tự nhiên 9.676,5 km2, chiế m 3,1% diê ̣n tić h toàn quố c, phía bắ c giáp tỉnh Quảng Nam (chiề u dài ranh giới 142 km); phiá nam giáp tỉnh Gia Lai (203 km), phiá đông giáp Quảng Ngaĩ (74 km), phiá tây giáp hai nước Lào và Campuchia (có chung đường biên giới dài 280,7 km). Điạ hiǹ h: phầ n lớn tin̉ h Kon Tum nằ m ở phía tây dãy Trường Sơn, điạ hình thấ p dầ n từ bắ c xuố ng nam và từ đông sang tây. Điạ hiǹ h của tin ̉ h Kon Tum khá đa da ̣ng: đồ i núi, cao nguyên và vùng trũng xen kẽ nhau. Trong đó: 1) Điạ hiǹ h đồ i, núi: chiế m khoảng 2/5 diê ̣n tić h toàn tỉnh, bao gồ m những đồ i núi liề n dải có đô ̣ dố c 150 trở lên. Các núi ở Kon Tum do cấ u ta ̣o bởi đá biế n chấ t cổ nên có da ̣ng khố i như khố i Ngo ̣c Linh (có đin ̉ h Ngo ̣c Linh cao 2.598 m) - nơi bắ t nguồ n của nhiề u con sông chảy về Quảng Nam, Đà Nẵng như sông Thu Bồn và sông Vu Gia; chảy về Quảng Ngaĩ như sông Trà Khúc. Điạ hình núi cao liền dải phân bố chủ yế u ở phía bắ c - tây bắ c cha ̣y sang phiá đông tin̉ h Kon Tum. Ngoài ra, Kon Tum còn có mô ̣t số ngo ̣n núi như: ngo ̣n Bon San (1.939 m); ngo ̣n Ngo ̣c Kring (2.066 m). Mă ̣t điạ hình bi ̣ phân cắ t hiể m trở, ta ̣o thành các thung lũng hẹp, khe, suố i. Điạ hình đồ i tâ ̣p trung chủ yế u ở huyê ̣n Sa Thầ y có da ̣ng nghiêng về phía tây và thấ p dầ n về phiá tây nam, xen giữa vùng đồ i là dãy núi Chưmomray. 2) Điạ hình thung lũng: nằ m do ̣c theo sông Pô Kô đi về phía nam của tỉnh, có da ̣ng lòng máng thấ p dầ n về phiá nam, theo thung lũng có những đồ i lươ ̣n sóng như Đăk Uy, Đăk Hà và có nhiề u chỗ bề mă ̣t bằ ng phẳ ng như vùng thành phố Kon Tum. Thung lũng Sa Thầ y đươ ̣c hình thành giữa các dãy núi kéo dài về phiá đông chạy do ̣c biên giới Viê ̣t Nam - Campuchia.
4 3) Điạ hình cao nguyên: tin̉ h Kon Tum có cao nguyên Konplong nằ m giữa daỹ An Khê và dãy Ngo ̣c Linh có đô ̣ cao 1.100 - 1.300 m, đây là cao nguyên nhỏ, cha ̣y theo hướng tây bắ c - đông nam. Khí hâ ̣u: Kon Tum thuô ̣c vùng khí hâ ̣u nhiê ̣t đới gió mùa cao nguyên. Nhiê ̣t đô ̣ trung bình trong năm dao đô ̣ng trong khoảng 22 - 230C, biên đô ̣ nhiê ̣t đô ̣ dao đô ̣ng trong ngày 8 - 90C. Kon Tum có 2 mùa rõ rê ̣t: mùa mưa chủ yế u bắ t đầ u từ tháng 4 đế n tháng 11, mùa khô từ tháng 12 đế n tháng 3 năm sau. Hàng năm, lượng mưa trung bình khoảng 2.121 mm, lươ ̣ng mưa năm cao nhấ t 2.260 mm, năm thấ p nhấ t 1.234 mm, tháng có lươ ̣ng mưa cao nhấ t là tháng 8. Mùa khô, gió chủ yếu theo hướng đông bắ c; mùa mưa, gió chủ yế u theo hướng tây nam. Đô ̣ ẩ m trung bin ̀ h hàng năm dao đô ̣ng trong khoảng 78 - 87%. Đô ̣ ẩ m không khí tháng cao nhấ t là tháng 8 - 9 (khoảng 90%), tháng thấ p nhấ t là tháng 3 (khoảng 66%). 1.1.2. Rừng và tài nguyên rừng: a) Rừng: đế n năm 2011, diê ̣n tić h đấ t lâm nghiê ̣p của Kon Tum là 660.341 ha, chiế m 68,14% diê ̣n tích tự nhiên. Kon Tum có các kiể u rừng chiń h sau: - Rừng lá kim nhiê ̣t đới hỗn hơ ̣p cây và lá rô ̣ng: đây là kiể u rừng điể n hiǹ h của rừng tỉnh Kon Tum, phân bố chủ yế u trên đô ̣ cao 500 m, có ở hầ u hế t huyê ̣n, thi ̣ trong tin̉ h. - Rừng lá rộng nhiê ̣t đới: có hầ u hế t trong tin̉ h và thường phân bố ở ven sông. - Rừng thưa khô cây ho ̣ dầ u (rừng khô ̣p): phân bố chủ yế u ở huyê ̣n Ngo ̣c Hồ i, huyê ̣n Đăk Glei (do ̣c theo biên giới Viê ̣t Nam, Lào, Campuchia). b) Tài nguyên rừng: - Thực vâ ̣t: theo kế t quả điề u tra bước đầ u, tin̉ h Kon Tum có khoảng hơn 300 loài, thuô ̣c hơn 180 chi và 75 ho ̣ thực vâ ̣t có hoa. Cây ha ̣t trầ n có 12 loài, 5 chi, 4 ho ̣; cây ha ̣t kiń có 305 loài, 175 chi, 71 ho ̣; cây mô ̣t lá mầ m có 20 loài, 19 chi, 6 ho ̣; cây 2 lá có mầ m 285 loài, 156 chi, 65 ho ̣. Trong đó, các ho ̣ nhiề u nhấ t là ho ̣ đâ ̣u, ho ̣ dầ u, ho ̣ long naõ , ho ̣ thầ u dầ u, ho ̣ trinh nữ, ho ̣ đào lô ̣n hô ̣t, ho ̣ xoan và ho ̣ trám. Nhin ̀ chung, thảm thực vâ ̣t ở Kon Tum đa da ̣ng, thể hiê ̣n nhiề u loa ̣i rừng khác nhau trong nề n cảnh chung của đới rừng nhiê ̣t đới gió mùa, có 3 đai cao, thấ p khác nhau: 600
5 m trở xuố ng, 600 - 1.600 m và trên 1.600 m. Hiê ̣n nay, nổ i trô ̣i nhấ t vẫn là rừng râ ̣m, trong rừng râ ̣m có quầ n hơ ̣p chủ đa ̣o là thông hai lá, dẻ, re, pơmu, đỗ quyên, chua,... ở đô ̣ cao 1.500 - 1.800 m chủ yế u là thông ba lá, chua, dẻ, re, kháo, che ̣c,... Nhắ c đế n nguồ n lơ ̣i rừng ở Kon Tum phải kể đế n vùng núi Ngo ̣c Linh với những cây dươ ̣c liê ̣u quý như sâm Ngo ̣c Linh, đẳ ng sâm, hà thủ ô và quế . Trong những năm gầ n đây, diê ̣n tích rừng của Kon Tum bi ̣ thu he ̣p do chiế n tranh, khai thác gỗ lâ ̣u và các sản phẩ m khác của rừng. Nhưng nhìn chung, Kon Tum vẫn là tỉnh có nhiề u rừng gỗ quý và có giá tri ̣kinh tế cao. 1.2.Tổng quan về tình hình khai thác gỗ rừng tự nhiên tại tỉnh Kon Tum. 1.2.1. Tình hình khai thác gỗ rừng tự nhiên tại Kon Tum Hiện nay việc khai thác gỗ rừng tự nhiên tại tỉnh Kon Tum được giao cho Công Ty lâm nghiệp Đắc Tô thực hiện, theo kế hoạch đã được Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn và Ủy ban nhân dân tỉnh phê duyệt, hàng năm Công ty Lâm nghiệp Đắc Tô được phép khai thác chọn gỗ rừng tự nhiên khối lượng 8.000m3, theo tiêu chí bền vững. Để được cấp phép khai thác, công ty đã được tổ chức GTZ giúp đỡ, tập huấn từ năm 2007 đến 2011, gỗ của công ty khai thác đã được tổ chức lâm nghiệp thế giới cấp chứng nhận "Gỗ có kiểm soát". Hiện nay công ty đã thực hiện qui trình công nghệ khai thác đã được Bộ Nông nghiệp và tổ chức lâm nghiệp thế giới ban hành nhằm giảm thiểu tác động đến môi trường sinh thái, tăng năng suất và giảm giá thành khai thác, lấy hiệu quả kinh tế trong việc khai thác rừng để phát triển kinh tế xã hội địa phương ở nơi có khu khai thác. Đặc điểm của quá trình khai thác gỗ rừng tự nhiên tại công ty lâm nghiệp Đắc Tô là khai thác chọn, cây gỗ có đường kính >60cm, mhóm gỗ là từ nhóm 3 đếm nhóm 6, cường độ khai thác 20-25%, độ dốc khu vực khai thác là 20- 25 độ, [1]. 1.1.2. Công nghệ khai thác gỗ rừng tự nhiên tại Đắc Tô Kon Tum Công nghệ khai thác gỗ rừng tự nhiên tại Đắc Tô Kon Tum chủ yếu bằng cơ giới năng xuất cao, song chi phí sản xuất cao, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật về tái sinh rừng sau khai thác. Công nghệ khai thác rừng tự nhiên được thể hiện theo sơ đồ sau:
6 Rừng tự Chuẩn bị (thiết kế khai Chặt hạ Vận xuất gỗ ra nhiên đủ thác, làm đường vận cây, cắt hoặc bãi bốc gỗ điều kiện xuất, vận chuyển, kho ngọn tạm thời, cắt khai thác gỗ) khúc (nếu cần) Vận chuyển Bốc gỗ lên Phân loại, xếp Bốc gỗ lên xe gỗ về nơi xe ô tô vận đống tại Kho I Reo vận chuyển tiêu thụ chuyển ra kho gỗ I Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ khai thác gỗ tại công ty lâm nghiệp Đắc Tô a) Rừng tự nhiên đủ điều kiện khai thác Việc khai thác gỗ rừng tự nhiên được tiến hành ở những khu rừng đã đủ điều kiện khai thác bao gồm: cây gỗ đến đếm tuổi thành thục công nghệ, trữ lượng đủ lớn, loài gỗ không thuộc loại quí hiến cần bảo tồn, khu vực khai thác nằm trong diện tích đã được phê duyệt trong phương án điều chế rừng. Công ty lâm nghiệp Đắc Tô có khoảng 17.000 ha rừng tự nhiên đã được phê duyệt phương án quản lý rừng bền vững, diện tích này đủ điều kiện để thiết kế khai thác chọn theo hướng bền vững. b) Khâu chuẩn bị khai thác Trước khi tiến hành khai thác một khu tài rừng tự nhiên thì cần tiến hành thiết kế được các cấp có thẩm quyền phê duyệt, nội dung của thiết kế bao gồm: - Điều tra mật độ cây, đường kính, chiều cao, loài cây, địa hình khu khai thác. - Xác định trữ lượng cây đứng, cường độ khai thác, khối lượng gỗ cần khai thác - Thiết kế kho gỗ I hoặc bãi bốc gỗ, đường vận xuất, vận chuyển và các công trình phục vụ khu khai thác. - Thi công đường vận xuất, vận chuyển và các công trình phục vụ khai thác. b) Khâu chặt hạ cây, cắt ngọn Khâu chặt hạ là khâu đầu tiên rất quan trọng, nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng gỗ và tái sinh rừng sau khai thác. Chặt hạ đúng qui trình kỹ thuật, góp phần thúc đẩy tái sinh rừng và thuận lợi cho quá trình vận xuất. Hiện nay việc chặt hạ gỗ
7 rừng tự nhiên tại Công ty lâm nghiệp Đắc Tô chủ yếu là sử dụng cưa xăng, ưu điểm của dụng cụ chặt hạ cưa xăng là: - Dễ sử dụng, năng suất cao, phù hợp địa hình. - Vốn đầu tư thấp, sẵn có ở địa phương Nhược điểm của cưa xăng chặt hạ gỗ rừng tự nhiên tại công ty lâm nghiệp Đắc Tô là: - Tuổi thọ của cưa thấp, chi phí sản xuất cao, hiệu quả kinh tế thấp - Chiều cao gốc chặt lớn không đảm bảo yêu cầu của qui phạm khai thác gây lãng phí gỗ, nguyên nhân là do gỗ rừng tự nhiên đường kính gốc lớn, gỗ có nhiều bạch vè, cơ lý tính phần gỗ ở gần sát đất lớn khi cắt ở phần gỗ này là rất khó khăn. - Xích cưa nhanh bị cùn, tuổi thọ cưa thấp, nguyên nhân là do cơ lý tính của gỗ lớn không phù hợp với góc cắt của xích cưa, dẫn đến lực cắt lớn, gây ra hiện tượng quá tải cho động cơ, dẫn đến tuổi thọ động cơ thấp Tóm lại: Dụng cụ chặt hạ gỗ rừng tự nhiên tại Kon Tum chủ yếu bằng cưa xăng cho năng suất, chất lượng và hiệu quả kinh tế, đây là thiết bị chặt hạ phù hợp nhất hiện nay. Tuy nhiên chặt hạ bằng cưa xăng còn một số tồn tại đó là khi cắt phải phần gỗ gốc cây có bạnh vè, cây gỗ cứng thì khó khăn máy không đủ công suất, dẫn đến chiều cao gốc chặt lớn, tuổi thọ của xích cưa giảm, để khắc phục tồn tại này cần phải nghiên cứu lựa chọn loại cưa có công suất phù hợp. c) Khâu vận xuất, cắt khúc Phương thức vận xuất gỗ rừng tự nhiên ở Công ty lâm nghiệp Đắc Tô chủ yếu là sử dụng máy kéo vận xuất. Hiện tại Công ty đang sử dụng máy kéo vận xuất Komatsu dạng bánh xích, máy kéo vận xuất này sử dụng tời kéo cả cây gỗ dài từ trong rừng ra bãi bốc gỗ tạm thời. Loại máy kéo vận xuất này cho năng suất cao, kéo được cây gỗ lớn, tuy nhiện tồn tại lớn của loại thiết bị này đó là nó ảnh hưởng đến môi trường sinh thái, gây xói mòn đất. Gỗ sau khi kéo ra bãi bốc gỗ tạm thời nếu cây gỗ quá dài thì tiến hành cắt 2 khúc để thuận lới cho quá trình vận chuyển. d) Khâu bốc xếp và vận chuyển gỗ từ bãi bốc gỗ tạm thời ra kho gỗ I Đặc điểm của quá trình bốc xếp và vận chuyển gỗ từ kho gỗ I đến bãi bốc gỗ tạm thời là gỗ có chiều dài và đường kính lớn, đường vận chuyển khó khăn, chủ yếu đường vận chuyển mở trên đỉnh dông để giảm thiểu khối lượng đào đắp, giảm thiểu
8 tác động xấu đếm môi trường, nên độ dốc của đường vận chuyển lớn, các loại xe vận chuyển thông thường không thể di chuyển trên đường này được, nên khâu bốc xếp và vận chuyển gỗ từ bãi bốc gỗ tạm thời ra khi gỗ I tại Công ty lâm nghiệp Đắc Tô chủ yếu là sử dụng xe reo để vừa bốc xếp vừa vận chuyển. Vì vậy loại xe vận chuyển phù hợp nhất là xe reo, loại xe này tự bốc, năng suất vận chuyển lớn. e) Phân loại và xếp đống tại kho gỗ I Gỗ sau khi được xe Reo vận chuyển ra được phân loại theo đường kính, nhóm gỗ và lô khai thác, sau đó xếp thành đống để bán cho các đơn vị có nhu cầu sử dụng. Việc phận loại, xếp đống thực hiện bằng máy xếp đống Komatsu. f) Khâu bỗ xếp vận chuyển gỗ từ kho I đến nơi tiêu thụ Gỗ sau khi được bán đấu giá, được bỗ lên xe vận chuyển gỗ chuyên dùng để vận chuyển về nơi tiêu thụ kho gỗ II hoặc nhà máy chế biến. Quá trình bốc xếp bằng máy bốc Komatsu. Hình 1.2: Sử dụng cưa xăng chặt hạ gỗ tại công ty lâm nghiệp Đắc Tô
9 Nhận xét: Công nghệ khai thác gỗ rừng tự nhiên hiện nay đã được cơ giới hóa, từ đó cho năng suất cao, giảm nhẹ sức lao động và số công lao động, tuy nhiên một số khâu công việc còn có tồn tại cần phải tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện đó là khâu chặt hạ cây. 1.3. Tổng quan nghiên cứu về thiết bị chặt hạ gỗ rừng tự nhiên Cưa xăng là thiết bị chặt hạ cầm tay được sử dụng rộng rãi trong công nghệ khai thác gỗ. Công dụng chủ yếu của cưa xăng là chặt hạ, cắt cành, cắt khúc gỗ, ngoài ra còn sử dụng vào một số công việc khác như xẻ gỗ, chặt hạ tre… Theo kết quả nghiên cứu của tổ chức Nông Lương thế giới FAO [28], [29], [30], từ các nước phát triển như Phần Lan, Thụy Điển đến các nước đang phát triển như Malaysia, Inđônêxia... đều sử dụng cưa xăng là thiết bị chính để chặt hạ gỗ. Cưa xăng có nhiều ưu điểm như: Kích thước gọn nhẹ, dễ sử dụng, vốn đầu tư ít và có thể hoạt động trên nhiều dạng địa hình khác nhau. Theo [35], tỷ lệ chặt hạ gỗ bằng cơ giới ở Phần Lan là 98% trong đó tỷ lệ chặt hạ bằng cưa xăng là 70% còn 28% là chặt bằng máy chặt hạ liên hợp, đối với Brazil tỷ lệ chặt bằng cơ giới hoá là 90% trong đó 80% chặt bằng cưa xăng còn 10% là chặt hạ bằng máy chặt hạ liên hợp. Theo tài liệu "Sổ tay về công nghệ thích hợp trong các hoạt động Lâm nghiệp ở các nước đang phát triển" [41], [42], đối với Malaysia, Philippine, Thái Lan tỷ lệ chặt hạ bằng cưa xăng là 90% còn 10% là chặt hạ bằng thủ công. Một số nước đang phát triển ở Châu Phi: Etiopia, Tanzania, Zimbabwe [34] tỷ lệ chặt hạ gỗ bằng cưa xăng là 70% còn 30% là chặt hạ bằng thủ công. Có rất nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới đã chứng minh rằng chặt hạ gỗ bằng cưa xăng thì giảm thiểu tác động xấu đến môi trường sinh thái hơn là chặt hạ bằng máy chặt hạ liên hợp. Kết quả nghiên cứu so sánh giữa chặt hạ bằng thủ công, chặt hạ bằng cưa xăng và máy chặt hạ liên hợp trong việc khai thác tỉa thưa rừng trồng ở Phần Lan [37], đã khẳng định rằng chặt hạ bằng cưa xăng chi phí nhỏ nhất và ít ảnh hưởng đến môi trường nhất. Ở Việt Nam trong cơ giới hoá khâu chặt hạ cũng sử dụng cưa xăng là chủ yếu, không dùng máy chặt hạ liên hợp vì địa hình phức tạp, rừng phân tán, điều kiện kinh tế nước ta còn khó khăn. Việc sử dụng cưa xăng trong chặt hạ gỗ ở nước ta đã
10 có từ những năm 1960, theo số liệu điều tra tỷ lệ chặt hạ bằng cưa xăng chiếm 70% còn 30% chặt bằng thủ công. Trong quá trình nghiên cứu hoàn thiện cưa xăng một số nước phát triển như Thụy Điển, Đức, Mỹ đã thu được nhiều thành tựu to lớn và đã được công bố trong nhiều công trình [44], [45]. Hiện nay nhiều hãng cưa nổi tiếng hàng năm sản xuất hàng triệu cưa với chất lượng cao như hãng Husqvarna của Thụy Điển, Slihl của Đức, Mc culloch và Homelite của Mỹ, Echo của Nhật Bản. Từ năm 1980 các nhà chế tạo đã ứng dụng nhiều thành tựu khoa học kỹ thuật để chế tạo ra các loại cưa có tính năng ưu việt hơn như hệ thống điện đã chuyển từ đánh lửa mavít sang đánh lửa bán dẫn, một số chi tiết làm bằng thép thay bằng hợp kim, bằng nhựa tổng hợp nên trọng lượng của cưa giảm xuống còn khoảng 6-7kg, rung động và tiếng ồn cũng được nghiên cứu giảm xuống. Tóm lại, cưa xăng đã được các nhà khoa học và các hãng sản suất nghiên cứu và hoàn thiện về kết cấu, trọng lượng, công suất, tiếng ồn và rung động, tuy nhiên khi áp dụng cho đối tượng chặt hạ tràm cần phải có nghiên cứu xem có phù hợp đối tượng mới hay không, nếu chưa phù hợp cần nghiên cứu bổ sung hoàn thiện. a) Một số nghiên cứu về quá trình sử dụng cưa xăng trên thế giới Khi sử dụng thiết bị nói chung và cưa xăng nói riêng vào một điều kiện làm việc cụ thể cần phải có nghiên cứu để mang lại hiệu quả kinh tế cao. Tác giả Cunha- IA trong công trình [24], đã nghiên cứu ảnh hưởng của rung động, tiếng ồn đến năng suất lao động, kết quả nghiên cứu cho thấy tiếng ồn và rung động của cưa xăng càng nhỏ năng suất lao động tăng lên, đối với loại cưa có tiếng ồn lớn hơn 140dba và rung động lớn hơn 12m/s2 thì năng suất giảm 20% so với cưa cùng loại có rung động và tiếng ồn cho phép. Tác giả Goglia-V trong công trình nghiên cứu [27], đã đề cập đến sức khoẻ của người công nhân khi sử dụng cưa xăng chặt hạ gỗ, tác giả cho thấy nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hệ thần kinh như tiếng ồn, trọng lượng của cưa, rung động của cưa và khí xả ra từ động cơ. Kết quả nghiên cứu đã đưa ra một số giải pháp khắc phục, song các giải pháp này chưa hoàn thiện.
11 Năm 1998 FAO được sự giúp đỡ của chính phủ Phần Lan đã thực hiện đề tài "Đánh giá hiệu quả sử dụng cưa xăng chặt hạ gỗ rừng trồng tại Zimbabwe" [29], kết quả nghiên cứu xác định được năng suất và giá thành chặt hạ của một số loại cưa xăng dùng để chặt hạ gỗ rừng trồng và khẳng định dùng cưa xăng Husqvana 362 cho hiệu quả nhất. Tác giả Suwala - M trong công trình [44], đã nghiên cứu giá thành chặt hạ gỗ ở Ba Lan, kết quả cho thấy giá thành chặt hạ gỗ bằng cưa xăng thấp hơn chặt hạ bằng máy chặt hạ liên hợp và thủ công. Công trình nghiên cứu:"Năng suất của cưa xăng chặt hạ gỗ rừng trồng ở một số lâm phần của Nhật Bản"[33], tác giả cho thấy thời gian làm việc trong ngày là 366 phút, thời gian di chuyển là 26%, lượng ô xy lớn nhất cần thiết là 2.42 lít/phút, năng suất trung bình khoảng 15-18 m3/ca. Trong quá trình nghiên cứu tác giả chưa đề cập đến một số yếu tố ảnh hưởng đến năng suất như xích cưa, rung động và trọng lượng cưa. Đánh giá ảnh hưởng của cưa xăng chặt hạ gỗ đến môi trường sinh thái có các công trình [37], kết quả nghiên cứu cho thấy chặt hạ bằng cưa xăng giảm thiểu tác động xấu đến môi trường sinh thái hơn so với chặt hạ bằng dụng cụ thủ công và bằng máy chặt hạ liên hợp, khi chặt hạ bằng cưa xăng chiều cao gốc chặt thấp, đáp ứng qui phạm khai thác gỗ và tre nứa. Tác giả Sullman trong công trình [45], đã nghiên cứu sử dụng cưa xăng để sản xuất gỗ xẻ ở Guyana, tác giả đã nghiên cứu các phương pháp xẻ, năng suất và chất lượng mạch xẻ, tính toán công suất động cơ. Tác giả cũng đề xuất một số giải pháp như thay đổi một số thông số của phần tử cắt của xích cưa để chuyển từ dạng cắt ngang sang cắt dọc để nâng cao năng suất lao động. Tóm lại, trong quá trình sử dụng cưa xăng để chặt hạ gỗ đã có nhiều nghiên cứu, do đó cưa xăng không ngừng được cải tiến, hoàn thiện cho phù hợp với đối tượng và điều kiện sử dụng. b) Một số nghiên cứu hoàn thiện xích cưa xăng Xích cưa là bộ phận quan trọng trong cơ cấu cắt của cưa xăng, theo lý thuyết cắt gọt các thông số của răng cắt ảnh hưởng lớn đến năng suất, tiêu hao năng lượng, chất
12 lượng mạch cắt, do vậy cùng với việc hoàn thiện cưa xăng thì xích cưa cũng ngày càng được hoàn thiện. Do công dụng chủ yếu của cưa xăng là chặt hạ gỗ rừng trồng nên các nghiên cứu về xích cưa chủ yếu tập trung cho đối tượng là gỗ rừng trồng. Ở Liên Xô cũ: Việc tính toán hoàn thiện hệ thống cắt của cưa xăng đã được các tác giả công bố trong các công trình [52], [53]. Năm 1950 ở Liên Xô cũ chủ yếu là sử dụng loại xích cưa có răng cắt thẳng 4 phần tử (loại xích 260M) sau đó cải tiến thành loại xích cưa 8 phần tử (loại xích PC-15M), đặc điểm của loại xích này là không có gờ hạn chế ăn gỗ, công dụng chủ yếu loại xích này dùng để cắt ngang cây gỗ, khi sử dụng để cắt chéo thân cây thì cho năng suất thấp. Sau đó xích cưa PC- 15M được cải tiến thành xích cưa "vạn năng" có dạng răng cắt hình chữ () và phủ Crom để tăng độ cứng vững chịu mài mòn, loại xích cưa này làm việc tốt trong quá trình cắt gỗ dưới bất kỳ góc độ nào đối với thớ gỗ. Các nước phát triển như Thụy Điển, Canada, Mỹ, Đức đã sản xuất ra xích cưa cắt hỗn hợp (cắt ngang, cắt chéo) thường gọi là xích cưa "vạn năng" răng cắt có dạng hình chữ () chuyên dùng chặt hạ một số loại gỗ rừng trồng. Trước đây xích cưa có bước xích lớn, chiều rộng của xích lớn, độ cứng của lưỡi cắt thấp nên tiêu hao công suất lớn, năng suất thấp, tuổi thọ xích giảm [21]. Năm 1980 xích cưa xăng đã được nghiên cứu và hoàn thiện về bước xích, chiều dầy xích, các góc cắt của phần tử cắt [29], [30], hiện nay tất cả xích cưa xăng chặt hạ gỗ đều có dạng rằng hình (). Để hoàn thiện xích cưa các nhà nghiên cứu đã sử dụng phương pháp phân tích quá trình cắt, dùng phương pháp thực nghiệm để xác định các thông số hình học của phần tử cắt . Tác giả Wang -JingXin, Greene - WD đã nghiên cứu hệ thống mô phỏng bằng máy tính sự ảnh hưởng lẫn nhau của các bộ phận khi cưa xăng chặt hạ gỗ, nghiên cứu đã tìm được mối quan hệ giữa yếu tố của lưỡi cắt đến công suất động cơ. Tác giả sử dụng phương pháp thực nghiệm để xác định các thông số của lưỡi cắt và đường kính bánh sao chủ động và đã chỉ ra nguyên lý thiết kế bánh sao chủ động hiện thời là không phù hợp có nhiều hạn chế, từ đó đưa ra nguyên lý mới cho việc cải tiến thiết kế bánh sao chủ động. Kết luận đã chỉ rõ các thông số của lưỡi cắt chỉ phù hợp với một số loại gỗ.
13 Tóm lại, xích cưa xăng đã được nghiên cứu tương đối hoàn thiện về kết cấu, các thông số của lưỡi cắt và độ cứng, song các công trình nghiên cứu xích cưa chặt hạ gỗ rừng tự nhiên còn rất hạn chế. c) Một số công trình nghiên cứu cưa xăng ở Việt Nam. Ở Việt Nam từ năm 1956 đã nhập một số cưa xăng của Liên Xô cũ, sau đó nhập một số cưa xăng của Cộng hoà dân chủ Đức cũ nhằm nâng cao năng suất lao động trong khâu chặt hạ và cắt khúc gỗ rừng trồng. Năm 1979 nước ta nhập một số loại cưa Uran 2T và Uran 2TE của Liên Xô cũ. Trong quá trình sử dụng còn có nhiều hạn chế do đặc điểm kỹ thuật của máy không phù hợp với điều kiện địa hình và sức khoẻ của người Việt Nam. Những năm gần đây Việt Nam đã nhập về nhiều loại cưa xăng có chất lượng tốt như cưa Husqvarna, cưa Slihl, cưa Dolmar ... các loại cưa này có trọng lượng nhỏ, độ rung và tiếng ồn thấp phù hợp với điều kiện địa hình và sức khoẻ của người Việt Nam, nên hiện nay cưa xăng là thiết bị chặt hạ gỗ phổ biến. Song việc nghiên cứu sử dụng cưa xăng ở Việt Nam còn hạn chế. Nguyễn Trọng Hùng (1985) cùng với Viện Khoa học Lâm nghiệp đã tiến hành nghiên cứu khảo nghiệm 3 loại cưa xăng: cưa Uran-2 của Nga, cưa Husqvarna và cưa Partner của Thụy điển. Nghiên cứu này đã đưa ra kết luận rằng: cưa xăng của Thụy Điển có tốc độ cắt nhanh hơn, mang vác nhẹ nhàng hơn. Một đời cưa của Thụy Điển chặt hạ được khối lượng gỗ lớn gấp đôi và tiêu thụ nhiên liệu chỉ bằng 1/2 so với cưa Uran- 2. Nghiên cứu trên chỉ tập trung cho đối tượng rừng tự nhiên gỗ lớn, còn đối tượng khác chưa đề cập đến. Năm 1987 Tổng công ty nguyên liệu giấy Vĩnh Phú phối hợp với chuyên gia Thụy Điển tiến hành khảo nghiệm một số loại cưa xăng của hãng Husqvarna ở vùng nguyên liệu giấy Vĩnh Phú. Kết quả đã xác định được năng suất, chi phí nhiên liệu cho một số loại cưa. Quá trình khảo nghiệm chỉ thực hiện đối với loại cây là Bồ Đề và Bạch Đàn còn đối với các loại gỗ khác chưa tiến hành khảo nghiệm. Năm 1993 Viện Khoa học Lâm nghiệp đã thực hiện đề tài khảo nghiệm cưa xăng P-70 và tời hai trống trong chặt hạ và vận xuất gỗ Đước ở rừng ngập mặn. Đề tài đã khảo nghiệm cưa xăng Partner P-70 và tời 2 trống Kompakt 3000/2 của Thụy Điển trong toàn bộ khâu khai thác. Kết quả cho thấy có thể áp dụng cưa xăng và tời 2 trống vào khai thác gỗ Đước rừng ngập mặn được.
14 Trong tài liệu [17], tác giả đã nghiên cứu tuyển chọn một số loại cưa xăng chặt hạ gỗ rừng trồng ở Việt Nam, kết quả của công trình đã xây dựng được phương pháp tuyển chọn thiết bị chặt hạ, tiến hành khảo nghiệm một số loại cưa xăng chặt hạ gỗ rừng trồng và lựa chọn ra được một loại cưa phù hợp. Luận án tiến sỹ của tác giả Dương Văn Tài [16], đã nghiên cứu sử dụng cưa xăng vào chặt hạ tre, kết quả nghiên cứu đã tạo ra loại xích cưa ba phần tử để chặt hạ tre, đã lựa chọn loại cưa xăng phù hợp để chặt hạ tre. Tác giả Lê Văn Bình trong công trình " Nghiên cứu thông số tố i ưu của xích cưa xăng để chă ̣t ha ̣ gỗ rừng tràm" [], đã xác định được một số thông số hợp lý của xích cưa xăng để sử dụng chặt hạ gỗ rừng tràm ở đồng bằng sông Cửu Long. Tóm lại: Có nhiều công trình nghiên cứu về cưa xăng cũng như xích cưa xăng ở trên thế giới cũng như ở Việt nam, các kết quả nghiên cứu đã được áp dụng vào sản xuất, song các công trình nghiên cứu về cưa xăng và xích cưa xăng để chặt hạ gỗ rừng tự nhiên còn hạn chế. Kết luận chương 1 Từ những trình bày ở trên có thể đi đến một số kết luận: 1. Rừng tự nhiên ở Việt Nam có có diện tích rất lớn khoảng 10,3 triệu ha với trữ lượng gỗ lên đến hàng tỷ m3, với đặc tính sinh trưởng và tái sinh nhanh, nên rừng tự nhiên là một nguồn cung cấp gỗ nguyên liệu lớn cho các ngành kinh tế quốc dân, để giảm bớt nhu cầu về nguyên liệu gỗ nhập khẩu cho ngành công nghiệp, góp phần phát triển kinh tế xã hội của đất nước. 2. Công nghệ khai thác gỗ rừng tự nhiên hiện nay chủ yếu là cơ giới hóa, từ đó cho năng suất lao động cao, và giảm bớt nặng nhọc cho công nhân. Tuy cưa xăng đã được sử dụng phổ biến để chặt hạ gỗ rừng tự nhiên, nhưng cho đến nay vẫn chưa có nghiên cứu để khắc phục những nhược điểm tồn tại của thiết bị này. 3. Cưa xăng chặt hạ gỗ đã được nghiên cứu tương đối hoàn thiện về công nghệ và thiết bị, song nghiên cứu sử dụng cưa xăng chặt hạ gỗ rừng tự nhiên còn rất hạn chế ở trong và ngoài nước.
15 Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Mục tiêu nghiên cứu. Xác định được một số thông số tối ưu của xích cưa để chặt hạ gỗ rừng tự nhiên tại Kon Tum, nhằm giảm rung động, giảm chi phí nhiên liệu để tăng năng suất, giảm giá thành sản xuất, đồng thời đáp ứng được quy phạm kỹ thuật trong chặt hạ gỗ rừng tự nhiên. 2.2. Đối tượng và thiết bị nghiên cứu. 2.2.1. Đối tượng chặt hạ. Căn cứ vào kết quả điều tra khảo sát tại khu khai thác thuộc Công ty lâm nghiệp Đắc Tô, chúng tôi xác định được kích thước, chủng loại gỗ cần chặt hạ trong các khu rừng được thiết kế khai thác và thống kê ở bảng 2.1 dưới đây Bảng 1: Kích thước, chủng loại gỗ cần chặt hạ trong khu khai thác TT Loại gỗ Nhón Đường kính Chiều cao Tỷ lệ của loại gỗ TB (cm) TB(m) gỗ trong lô (%) 1 Dẻ trắng V 70 15 10 2 Cóc đá III 80 15 40 3 Gổi IV 70 14 10 4 Trường vải IV 70 15 5 5 Kháo III 70 15 8 6 Cáng lò V 80 15 2 7 Giội nếp V 80 14 3 9 Hồng quang IV 70 15 7 10 Trâm tía IV 80 15 5 11 Mít mài V 70 16 5 12 Thạch đản IV 80 15 5 Nhận xét: Căn cứ vào bảng 2.1 chúng tôi thấy loại gỗ có khối lượng khai thác lớn nhất là loại gỗ: Cóc đá thuộc nhóm III do vậy chúng tôi chọn loại gỗ này
16 là đối tượng để nghiên cứu tính toán xác định thông số của xích cưa xăng để chặt hạ loại gỗ này cũng như cho các loại gỗ khác trong khu rừng tự nhiên tại Kon Tum. 2.2.2. Cấu tạo thô đại của gỗ Cấu tạo của gỗ có ảnh hưởng lớn đến quá trình cắt gọt gỗ, do vậy chúng tôi tiến hành nghiên cứu cấu tạo của gỗ tại trung tâm thí nghiệm khoa chế biến lâm sản trường đại học lâm nghiệp. Kết quả ảnh cấu tạo thô đại 3 mặt cắt được thể hện trên hình 2.2 Mặt cắt ngang Mặt cắt xuyên tâm Mặt cắt tiếp tuyến Hình 2.1: Ảnh cấu tạo thô đại 3 mặt cắt của gỗ cóc đá Gỗ có giác lõi không phân biệt gỗ màu xám pha hồng nhạt. Vòng năm không rõ, gỗ sớm gỗ muộn không phân biệt. Mạch phân bố phân tán, tụ hợp đơn kép, mạch kích thước trung bình (= 0.15 – 0.22 mm), số lượng trunh bình (24 mạch/1mm2). Tế bào mô mềm xếp dọc thân cây phân bố theo các hình thức vây quanh mạch hình tròn không kín, vây quanh mạch kín hình tròn & hình cánh. Tia kích thước trung bình (0.15 – 0.25 mm), số lượng trung bình (6-12 tia/mm), gỗ không có cấu tạo thành lớp, gỗ không có ống dẫn nhựa dọc, gỗ nặng bền. Thớ gỗ nghiêng, tương đối mịn. 2.2.3. Tính chất vật lý: Là chỉ tiêu vật lý rất quan trọng của gỗ nó ảnh hưởng đến các tính chất cơ lý Khối lượng thể tích của gỗ là tỷ số giữa khối lượng gỗ trên đơn vị thể tích gỗ, được m xác định theo công thức :  = ( g/cm3) V Ở đây tôi tiến hành xác định khối lượng thể tích ở độ ẩm thăng bằng (12%), khối lượng thể tích khô kiệt, công thức tính như sau:
17 m 12  Khối lượng thể tích thăng bằng (MC= 12%):  12 = ( g/cm3) V12 m0  Khối lượng thể tích khô kiệt:  0 = ( g/cm3) V0 Khối lượng thể tích của gỗ được xác định theo tiêu chuẩn quốc tế ISO 3131 – 1975 (TCVN 8048-2:2009). Hình dạng và kích thước như hình 2.2 Hình 2.2: Kích thước mẫu xác định khối lượng thể tích - Sau khi gia công mẫu xong ta xử lý mẫu đến độ ẩm cân bằng với môi trường không khí thường (độ ẩm thăng bằng MC = 12% ) bằng cách cho mẫu vào tủ dưỡng mẫu, đặt (to = 20± 2oC & độ ẩm φ = 60± 5oC), khi kiểm tra kích thước của 2 hoặc 3 mẫu giữa 2 lần đo liên tiếp cách nhau 6 tiếng chênh lệch không vượt quá 0.02 mm hoặc chênh lệch khối lượng mẫu giữa 2 lần cân < 0,05% khối lượng mẫu thì lúc này mẫu đã đạt yêu cầu. Sau đó tiến hành cân và đo lại kích thước để xác định khối lượng thể tích ở độ ẩm 12%. Ta tiếp tục sấy mẫu đến khô kiệt (MC = 0%), cân khối lượng và đo lại kích thước của mẫu để xác định khối lượng thể tích khô kiệt. Kết quả tính toán được thể hiện ở bảng 2.1. Bảng 2.2: Kết quả tính toán khối lượng thể tích của gỗ Khối lượng thể tích Các thang Giá trị (g/ cm3) P ( %) Min 0.83  0( KLTT khô kiệt) Mean 0.87 0.39 Max 0.91 Min 0.86  12 ( KLTT= 12%) Mean 0.90 0.61 Max 0.95 2.2.4. Tính chất cơ học.
18 Tính chất cơ học và vật lý của gỗ có ảnh hưởng lớn đến quá trình cắt gọt, song tài liệu công bố về tính chất cơ lý của gỗ rất ít. Để phục vụ cho việc tính toán các thông số tối ưu của xích cưa xăng khi chặt hạ gỗ cũng như việc tính toán các thiết bị gia công cắt gọt gỗ chúng tôi tiến hành nghiên cứu tính chất cơ lý của gỗ tại phòng thí nghiệm của trung tâm thí nghiệm khoa Chế biến lâm sản Trường Đại học Lâm nghiệp, quá trình thử mẫu được thể hiện trên hình 2.3 Hình 2.3: Quá trình thí nghiệm xác định tính chất cơ lý của gỗ * Xác định tính chất cơ học của gỗ nghiên cứu Kết quả xác định tính chất cơ học của gỗ sau khi thí nghiệm và xử lý trên máy tính, chúng tôi tổng hợp trong bảng 2.3 như sau: Bảng 2.3: Bảng tổng hợp tính chất cơ học của gỗ TT Chỉ tiêu cơ học Độ ẩm 12 % Đơn vị Ghi chú 1 Nén dọc thớ 67.4 N/mm2 4 Uốn tĩnh 125.6 N/mm2 6 Trượt dọc thớ tiếp tuyến 15.7 N/mm2 7 Trượt dọc thớ xuyên tâm 17.8 N/mm2 * Phân tích tính chất cơ học của gỗ nghiên cứu - Giới hạn bền nén dọc thớ: Giới hạn bền nén dọc thớ gỗ là 67,4 N/mm2 , căn cứ vào TCVN 1072 -71 thì giới hạn bền khi nén dọc thớ được xếp vào nhóm II. Do đó gỗ nghiên cứu là loài gỗ thích hợp sử dụng cho những chi tiết công trình chịu lực.