Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật: Xác định một số thông số công nghệ hợp lý khi sử dụng tời tự hành hai trống để vận xuất gỗ rừng trồng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:78

Thêm vào BST

Báo xấu

28
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm xác định một số thông số công nghệ hợp lý khi sử dụng tời tự hành hai trống để vận xuất có hiệu quả gỗ rừng trồng. Qua đó có thể xác định được chế độ sử dụng một cách hợp lý để vận xuất gỗ rừng trồng trong các điều kiện địa hình khai thác khác nhau với năng suất cao nhất 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: Xác định một số thông số công nghệ hợp lý khi sử dụng tời tự hành hai trống để vận xuất gỗ rừng trồng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP --------------------- VŨ AN BÌNH XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ HỢP LÝ KHI SỬ DỤNG TỜI TỰ HÀNH HAI TRỐNG ĐỂ VẬN XUẤT GỖ RỪNG TRỒNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Hà Nội - 2011
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP --------------------- VŨ AN BÌNH XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ HỢP LÝ KHI SỬ DỤNG TỜI TỰ HÀNH HAI TRỐNG ĐỂ VẬN XUẤT GỖ RỪNG TRỒNG Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa nông lâm nghiệp Mã số: 60.52.14 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LÊ TẤN QUỲNH Hà Nội - 2011
i LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian làm việc khẩn trương, nghiêm túc, đề tài của tôi đã hoàn thành. Nhân dịp này cho phép tôi được trân trọng bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới: Thầy giáo hướng dẫn khoa học TS Lê Tấn Quỳnh, TS Nguyễn Văn Bỉ, ThS Phạm Văn Lý đã dành nhiều thời gian hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và cung cấp nhiều tài liệu tham khảo có giá trị cao. Tập thể cán bộ, giáo viên Khoa Sau đại học, Trung tâm thí nghiệm thực hành Khoa Cơ điện và Công trình, trường Đại học Lâm nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện đề tài. Xin cảm ơn tới gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Một lần nữa tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới những giúp đỡ quý báu đó. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những kết quả trong luận văn này được tính toán chính xác, trung thực và chưa có tác giả nào công bố. Những nội dung tham khảo, trích dẫn trong luận văn đều được chỉ dẫ nguồn gỗ rõ ràng./. Hà Nội, tháng 9 năm 2011 Tác giả Vũ An Bình
ii MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cảm ơn ......................................................................................................... i Mục lục .............................................................................................................. ii Danh mục hình vẽ ............................................................................................ vi Danh mục bảng.................................................................................................. v ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................. 1 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................. 3 1.1 Tình hình nghiên cứu tời ở trên thế giới ................................................. 3 1.2 Tình hình nghiên cứu tời ở trong nước ................................................... 6 Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI ......................................... 9 2.1 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ............................................................... 9 2.2 Đối tượng, phạm vi và giới hạn nghiên cứu ........................................... 9 2.2.1 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu ....................................................... 9 2.2.2 Giới hạn nghiên cứu ....................................................................... 10 2.3 Nội dung nghiên cứu ............................................................................. 10 2.4 Phương pháp nghiên cứu....................................................................... 10 2.4.1 Lựa chọn phương pháp nghiên cứu................................................ 10 2.4.2. Mục tiêu, nhiệm vụ thực nghiệm .................................................. 12 2.4.3 Thiết bị đo, phương pháp đo và những thông số cần đo ................ 13 2.5 Tiến hành công tác chuẩn bị. ................................................................ 20 2.6 Tiến hành thực nghiệm đơn yếu tố ....................................................... 20 2.6.1 Đánh giá tính đồng nhất của phương sai ........................................ 21 2.6.2 Kiểm tra mức độ ảnh hưởng của các yếu tố................................... 22 2.6.3 Xác định mô hình thực nghiệm đơn yếu tố để tiến hành các phân tích và dự báo cần thiết ........................................................................... 23 2.6.4 Kiểm tra tính tương thích của mô hình hồi quy ............................. 23 2.6.5 Xây dựng đồ thị ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào đến thông số đầu ra ....................................................................................................... 24
iii 2.7 Tiến hành thực nghiệm đa yếu tố .......................................................... 24 2.7.1 Chọn phương án quy hoạch thực nghiệm và lập ma trận thí nghiệm ................................................................................................................. 25 2.7.2 Tiến hành thí nghiệm ..................................................................... 27 2.7.3 Xác định mô hình toán học ............................................................ 29 2.7.4 Kiểm tra tính đồng nhất của phương sai ........................................ 30 2.7.5 Kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số hồi qui .................................. 30 2.7.6. Kiểm tra tính tương thích của phương trình hồi quy .................... 32 2.7.7 Tính lại các hệ số hồi qui ............................................................... 32 2.7.8 Kiểm tra khả năng làm việc của phương trình hồi qui .................. 33 2.7.9 Chuyển phương trình hồi quy về dạng thực................................... 34 2.7.10 Xác định giá trị tối ưu của các yếu tố đầu vào của hàm số mục tiêu ........................................................................................................... 34 Chương 3 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI ............................................... 35 3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tời hai trống ................................ 35 3.1.1 Cấu tạo............................................................................................ 35 3.1.2 Nguyên lý hoạt động của tời hai trống ........................................... 36 3.1.3 Các thông số kỹ thuật chính của tời hai trống ............................... 37 3.2 Sơ đồ công nghệ khi vận xuất gỗ bằng tời hai trống ............................ 40 3.3 Năng suất của tời khi vận xuất .............................................................. 41 3.4 Những yếu tố ảnh hưởng đến năng suất của tời khi vận xuất ............... 42 3.5 Chi phí năng lượng riêng ...................................................................... 42 3.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng ............................ 47 3.7 Nhận xét ................................................................................................ 47 Chương 4 KẾT QUẢ ĐỀ TÀI ...................................................................... 48 4.1 Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố ........................................................... 48 4.1.1 Ảnh hưởng của tải trọng chuyến (Q) đến năng suất Ng ................. 48 4.1.2 Ảnh hưởng của tải trọng chuyến (Q) đến chi phí năng lượng riêng Nr ............................................................................................................. 50 4.1.3 Ảnh hưởng của vận tốc cáp tải V đến năng suất Ng ...................... 53
iv 4.1.4 Ảnh hưởng của vận tốc cáp tải V đến chi phí năng lượng riêng N r ................................................................................................................. 55 4.1.5 Kết luận .......................................................................................... 58 4.2 Kết quả thực nghiệm đa yếu tố ............................................................. 58 4.2.1 Chọn vùng nghiên cứu và các giá trị biến thiên của các yếu tố ảnh hưởng....................................................................................................... 59 4.2.2 Thành lập ma trận thí nghiệm ........................................................ 59 4.2.3 Tiến hành thí nghiệm theo ma trận kế hoạch trung tâm hợp thành với số lần lặp lại của mỗi thí nghiệm m = 3 ............................................ 60 4.2.4 Xác định mô hình toán và thực hiện các phép tính kiểm tra ......... 60 4.2.5 Chuyển phương trình hồi quy của hàm mục tiêu về dạng thực ..... 63 4.2.6 Xác định thông số làm việc tối ưu của tời 2 trống ......................... 63 4.2.7 Khảo nghiệm máy với các giá trị tối ưu của các thông số ảnh hưởng ................................................................................................................. 63 4.3 Kết quả xác định hệ số cản giữa bó gỗ và mặt đất khi kéo lết bằng tời 65 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ............................................................... 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO
v DANH MỤC BẢNG TT Tên bảng Trang 4.1 Ảnh hưởng của tải trọng Q đến năng suất Ng 49 4.2 Ảnh hưởng của tải trọng Q đến chi phí năng lượng riêng Nr 52 4.3 Ảnh hưởng của vận tốc V đến năng suất Ng 54 4.4 Ảnh hưởng của vận tốc V đến chi phí năng lượng riêng Nr 57 4.5 Dạng mã của các thông số tải trọng Q và vận tốc V 59 4.6 Ma trận thí nghiệm kế hoạch trung tâm hợp thành. 59 Tổng hợp các giá trị xử lý được các hàm chi phí 4.7 60 năng lượng riêng Nr. 4.8 Tổng hợp các giá trị xử lý được các hàm năng suất Ng. 61 4.9 Kết quả tính toán lực cản ma sát giữa gỗ và mặt đất. 66
vi DANH MỤC HÌNH VẼ TT Tên hình Trang 2.1 Đầu đo lực (HBM) tiêu chuẩn 13 2.2 Sơ đồ ghép nối đầu đo vào bó gỗ và cáp tời kéo. 14 2.3 Kết nối dây tín hiệu và hiệu chỉnh thiết bị đo. 15 2.4 Sơ đồ cầu đủ điện trở 16 2.5 Đo tính thể tích gỗ trước khi khảo nghiệm. 17 2.6 Sử dụng đồng hồ bấm giây để xác định thời gian đo. 18 2.7 Sơ đồ kéo gỗ theo phương pháp kéo lết 19 2.8 Chuẩn bị thiết bị trước khi tiến hành thí nghiệm. 20 3.1 Sơ đồ nguyên lý tời hai trống 35 3.2 Mẫu tời hai trống do đề tài cấp Bộ chế tạo 37 3.3 Sơ đồ công nghệ vận xuất gỗ bằng tời hai trống 40 4.1 Đồ thị ảnh hưởng của tải trọng Q đến năng suất Ng 50 Đồ thị ảnh hưởng của tải trọng Q đến chi phí năng lượng 4.2 53 riêng Nr 4.3 Đồ thị ảnh hưởng của vận tốc V đến năng suất Ng 55 Đồ thị ảnh hưởng của vận tốc V đến chi phí năng lượng 4.4 58 riêng Ng
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Việt Nam sau hai mươi năm năm thực hiện đường lối đổi mới đến nay đã có sự thay đổi một cách toàn diện về mọi mặt. Cùng với sự phát triển về kinh tế, xã hội nói chung, ngành Lâm nghiệp nói riêng cũng có sự thay đổi đáng kết trong quá trình phát triển chung của xã hội. Theo những đánh giá trong thời gian gần đây, ngành công nghiệp chế biến gỗ đã không ngừng phát triển, tốc độ tăng trưởng khoảng trên 30% đã tạo thành một mạng lưới với nhiều ngành, nhiều thành phần kinh tế tham gia gồm trên 1.200 doanh nghiệp với tổng công suất chế biến gỗ khoảng 3 triệu m3/năm. Giá trị kim ngạch xuất khẩu sản phẩm gỗ thống kê cho thấy năm 2009 đạt 2,6 tỷ USD, tăng gấp 12 lần so với năm 2000 (219 triệu USD). Tuy nhiên, cùng với sự tăng trưởng và thuận lợi của ngành, chúng ta cũng gặp rất nhiều những khó khăn trong việc cung ứng cũng như sử dụng nguồn tài nguyên này. Hiện nay, gỗ rừng trồng là nguyên liệu chủ yếu cho các ngành chế biến để làm hàng xuất khẩu của nước ta, theo các đánh giá Việt Nam phải nhập khẩu 80% nguyên liệu gỗ, kim ngạch nhập khẩu hàng năm tương đương khoảng 40-45% kim ngạch xuất khẩu sản phẩm gỗ. Cụ thể, năm 2005: 667 triệu USD; đến năm 2009 là 1,13 tỷ USD. Những năm tới và trong tương lai lâu dài, các nước có tài nguyên rừng giàu có trên thế giới đều có chính sách chung là đảm bảo sự cân bằng giữa bảo vệ môi trường và phát triển thương mại. Vì vậy việc nhập khẩu gỗ nguyên liệu để phát triển và tăng trưởng kim ngạch xuất khẩu của Việt nam trong những năm tới sẽ gặp không ít khó khăn. Trong khi đó theo tính toán của “Dự thảo chiến lược phát triển Lâm nghiệp quốc gia 2006 – 2010” tổng nhu cầu nguyên liệu gỗ cần 22 triệu m3; trong đó cần 12 triệu m3 gỗ lớn. Đến 2010 nguồn gỗ trong nước mới đáp ứng 8 triệu m3. Như vậy, từ 2010 đến 2015 mỗi năm phải nhập khoảng 4 triệu m3,
2 từ năm 2015 - 2020 mỗi năm nhập khoảng 3 triệu m3 gỗ. Chính vì vậy, để phát triển bền vững ngành chế biến lâm sản đạt chỉ tiêu xuất khẩu 2,1 tỷ USD vào năm 2010 và 3,2 tỷ USD vào năm 2020 cần thiết phải tăng năng lực sản xuất của ngành để duy trì trung bình 70 - 80% khả năng tự cung cấp nguyên liệu gỗ từ rừng trồng và rừng tự nhiên được quản lý bền vững. Hiện nay, diện tích rừng trồng đang ngày một mở rộng, thay thế cho những diện tích rừng tự nhiên đã mất đi, việc sử dụng các thiết bị, phương tiện kỹ thuật vào trong quá trình vận xuất gỗ từ thủ công đến cơ giới đã và đang được áp dụng một cách triệt để, trong đó sử dụng tời vận xuất gỗ là một trong những biện pháp mang lại nhiều hiệu quả kinh tế. Tuy nhiên chưa có những đánh giá một cách cụ thể nào đối với việc sử dụng tời trong vận xuất gỗ rừng trồng để đạt năng suất cao, giá thành hạ thông qua việc xác định một số thông số hợp lý. Chính vì vậy, thực hiện khóa luận tốt nghiệp thạc sỹ kỹ thuật ngành kỹ thuật máy và Cơ giới hóa nông lâm nghiệp, được sự đồng ý của Ban chủ nhiệm khoa sau đại học Trường Đại học Lâm nghiệp, tôi thực hiện khóa luận tốt nghiệp với đề tài: “Xác định một số thông số công nghệ hợp lý khi sử dụng tời tự hành hai trống để vận xuất gỗ rừng trồng”. Mục tiêu của đề tài: Nhằm làm cơ sở khoa học cho việc đề xuất các giải pháp kỹ thuật và công nghệ để nâng cao hiệu quả sử dụng các loại tời này trong vận xuất gỗ rừng trồng ở nước ta.
3 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu tời ở 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 nhiều 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 [12]. 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 hoàn thiện đường cáp vận xuất. Các hướng nghiên cứu chính 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
4 được 350 cây gỗ. Việc lắp đặt tời tự hành làm giảm công di chuyển, sử dụng 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/cm 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 được nghiên cứu sử dụng. Các hãng sản xuất “Jonson ind LTD (Canada) đã sử dụng hệ thống điều khiển khâu buộc gỗ bằng sóng vô tuyến trên diện tích khu khai thác, nhờ hệ thống MK11 năng suất đã tăng lên 2 lần (58 khúc gỗ/giờ so với tính toán 30 - 38 khúc gỗ/giờ) 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 nên 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 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, thiết bị này đã được xuất khẩu sang 25 nước trên thế giới.
5 Hãng sản xuất Kyfer (Pháp) sản xuất tời tự hành MF 10, MF 15, MF25 lắp trên máy kéo bánh lốp 3 hoặc 4 bánh công suất từ 16HP đến 31HP, lực kéo 3700 kg tốc độ cuốn của dây cáp 0,2 – 2,1 m/s. Các kiểu tời tự hành của hãng Sespon, 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 được các kỹ sư Nga N.Sưtrenco (1878). IA.Vasiliev (1890) thiết kế và chế tạo. 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 và năng lượng (ЦНИИМЗ), viện nghiên cứu công nghiệp rừng Xibiri (СИБНИИЛП), Viện nghiên cứu công nghiệp rừng IRờcut (ИРКУТСКНИИЛП) 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 và năng lượng đã thiết kế và chế tạo các mẫu tời TL.3, TL.4, TL.5. Theo [11]. 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 150m2/ha cự li vận xuất 500 – 550m Các loại tời cố định LL12A, LL-8 được nghiên cứu hoàn thiện thay thế các mẫu tời trên có 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 thay đổi vận tốc tăng lên 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 được nghiên cứu rộng rãi. Các mẫu tời tự hành loại nhỏ do chi nhánh KAVKAZ của Viện nghiên cứu cơ giới hoá và năng lượng Nga
6 nghiên cứu, chế tạo có dung tích chứa cáp của trống tời 1000m, lực kéo 2100kg, 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 ЦНИИМЗ 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 được quan tâm nghiên cứu. Mẫu tời LL-14 được 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 được sử dụng phổ biến để vận xuất gỗ ở vùng núi như 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 Tình hình nghiên cứu tời ở trong nước 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. - Thiết kế cải tiến các thiết bị nhập nội cho phù hợp với điều kiện khai thác rừng ở Việt Nam. Có thể kể đến một số nghiên cứu điển hình như sau: - Khảo nghiệm một số cưa xăng trong dây chuyền khai thác gỗ ở Tây Nguyên do Viện Công nghiệp rừng thực hiện; “Sử dụng máy kéo TT.4 để vận xuất” của Nguyễn Trọng Hùng thực hiện năm 1982; “Sử dụng máy kéo để vận chuyển gỗ” của Nguyễn Văn Lợi thực hiện năm 1982; “Thiết kế máy kéo khung gập vận xuất gỗ L-35” của Nguyễn Kính Thảo năm 1984”; “Thiết kế đường cáp Visen vận xuất gỗ” của Lê Duy Hiền; Viện khoa học Lâm nghiệp đã thiết kế, chế tạo rơ moóc chở gỗ dài, đường cáp vận xuất gỗ 1A…
7 Từ những năm 90 của thế kỷ trước đến nay, đã có các nghiên cứu tập trung vào công nghệ và thiết bị khai thác rừng trồng. Có thể liệt kê ra đây một vài công trình tiêu biểu: - 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 thực hiện luận án Tiến sỹ với đề tài “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 KHCN 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, phù hợp với gỗ rừng trồng. Nhược điểm: Cự ly gom gỗ ngắn, lực kéo nhỏ, côn ly tâm có độ bền kém.
8 Giai đoạn 2006 – 2010, thực hiện đề tài nghiên cứu 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 hai trống công xuất 10 kW. Ưu điểm: của mẫu tời này là có công suất lớn hơn, cự ly kéo xa hơn, đã mở rộng thêm được 5 cấp tốc độ nhờ trang bị thêm hộp số và trang bị thêm một trống tời tạo điều kiện mỏt 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 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 2 trống làm loại tời phổ biến nhất và được dùng đa năng. Ở nước ta, việc nghiên cứu tời vận xuất chưa được quan tâm nhiều, nghiên cứu chưa thành hệ thống. Cho đến nay mới chỉ có các nghiên cứu khoa học về thiết kế, chế tạo tời và khảo nghiệm các yếu tố ảnh hưởng khi vận xuất gỗ rừng tự nhiên mà chưa có một nghiên cứu cụ nào thể đối với rừng trồng. Vì vậy, nghiên cứu và ứng dụng tời vào vận xuất gỗ rừng trồng là rất cần thiết nhằm tăng năng suất lao động, cải tiến điều kiện làm việc của công nhân đồng thời làm giảm thiểu tác động xấu đến môi trường. Đề tài “Xác định một số thông số công nghệ hợp lý khi sử dụng tời tự hành hai trống để vận xuất gỗ rừng trồng” mà luận văn lựa chọn nhằm góp phần làm cơ sở khoa học cho việc thiết kế chế tạo và lựa chọn chế độ sử dụng hợp lý cho tời tự hành hai trống trong điều kiện khai thác gỗ rừng trồng ở Việt Nam.
9 Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 2.1 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xác định một số thông số công nghệ hợp lý khi sử dụng tời tự hành hai trống để vận xuất có hiệu quả gỗ rừng trồng. Qua đó có thể xác định được chế độ sử dụng một cách hợp lý để vận xuất gỗ rừng trồng trong các điều kiện địa hình khai thác khác nhau với năng suất cao nhất và chi phí năng lượng riêng nhỏ nhất. 2.2 Đối tượng, phạm vi và giới hạn nghiên cứu 2.2.1 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là mẫu tời hai trống tự hành (Đề tài nghiên cứu cấp bộ của TS Nguyễn Văn Quân: “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” đã thiết kế, chế tạo tời hai trống tự hành với mục đích nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất và chi phí năng lượng riêng nhằm xác định được các thông số hợp lý khi sử dụng tời hai trống khi vận xuất gỗ rừng tự nhiên để đạt năng suất cao, giá thành hạ góp phần đưa được sản phẩm chế tạo vào thực tiễn sản xuất). Đặc tính và các thông số kỹ thuật của tời sẽ được trình bày ở nội dung Chương 3. Địa bàn nghiên cứu được chọn là khu rừng thực nghiệm, khu vực núi Luốt thuộc trường Đại học Lâm nghiệp. Vị trí tiến hành thí nghiệm có đặc điểm địa hình đặc trưng đối với các loại rừng trồng, dạng mái dông một chiều, mặt đất có trạng thái khô, thực bì cấp độ thấp, độ dốc trung bình từ 100. Gỗ thí nghiệm có đường kính dưới 25 cm, chiều dài được cắt trong khoảng 2,2 m đến 3,0 m.
10 2.2.2 Giới hạn nghiên cứu Do điều kiện và thời gian thực hiện đề tài có hạn cho nên luận văn chỉ tập trung nghiên cứu 2 yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến năng suất và chi phí năng lượng riêng là Tải trọng chuyến (Q), Tốc độ kéo (V). Đối với các yếu tố còn lại do nghiên cứu ở 1 khu vực khai thác nên được giới hạn trong 1 khoảng nhất định coi như không thay đổi lớn. 2.3 Nội dung nghiên cứu - Xác định được mức độ hưởng ảnh, quy luật ảnh hưởng của vận tốc cáp kéo gỗ và tải trọng chuyến đến năng suất và chi phí năng lượng riêng của tời hai trống; - Xác định giá trị hợp lý của các tham số điều khiển: tốc độ cáp kéo (V), tải trọng chuyến (Q) ứng với các cấp độ dốc khác nhau; 2.4 Phương pháp nghiên cứu 2.4.1 Lựa chọn phương pháp nghiên cứu Sau khi xác định được mục tiêu nghiên cứu, điều quan trọng sau đó là chọn được phương pháp nghiên cứu phù hợp để giảm bớt được chi phí nghiên cứu mà vẫn đảm bảo được độ tin cậy của kết quả. Theo [4] nghiên cứu khoa học được chia ra: Nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng; nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm. Theo đó, nghiên cứu cơ bản có mục đích phát hiện ra tính qui luật mà đến trước khi nghiên cứu chưa biết trong thiên nhiên. Nghiên cứu ứng dụng là pha tiếp theo của nghiên cứu cơ bản. Thông qua chúng để thu nhận các hiểu biết mới hoặc vận dụng kiến thức đã có vào thực tế sản xuất. Trong thời đại ngày nay, nghiên cứu ứng dụng là phần đáng kể hơn trong quá trình chung của việc sáng tạo ra kỹ thuật mới. Nó là cơ sở để tiếp nhận số liệu, tư tưởng, mẫu và những cái khác được đưa ra. Thông qua chúng,
11 các đối tượng, máy móc, qui trình công nghệ mới được thiết kế và đề xuất. Bởi thế phần lớn các nghiên cứu kỹ thuật theo bản chất của chúng là nghiên cứu ứng dụng. Nghiên cứu lý thuyết có mục đích thiết lập một hệ thống quan điểm nào đó thông qua việc đưa ra những qui luật mới; nghiên cứu lý thuyết thích hợp nhất khi nghiên cứu các đối tượng và hệ thống mà trong đó có thể phân chia rõ các hiện tượng và các quá trình có cùng bản chất vật lý. 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 tượng của nhà nghiên cứu. Khi nghiên cứu các hệ thống phức tạp mà ở trong đó diễn ra các hiện tượng và quá trình với bản chất khác nhau thì thích hợp hơn là dùng phương pháp thực nghiệm với lý thuyết tương ứng. Từ những phân tích ở trên cho thấy rằng nếu sử dụng phương pháp lý thuyết để xác định sự ảnh hưởng của tất cả các yếu tố đến 2 chỉ tiêu quan tâm là năng suất và chi phí năng lượng riêng thì phải nghiên cứu toàn diện mức độ ảnh hưởng và cơ chế tác động của từng yếu tố đến các chỉ tiêu quan tâm, khối lượng nghiên cứu sẽ rất lớn. Chính vì vậy, để giảm bớt khối lượng công việc lựa chọn phương pháp nghiên cứu thực nghiệm là phù hợp hơn cả. Tuy nhiên, phương 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 hướng ban đầu hỗ trợ giảm bớt khối lượng công việc, rút ngắn thời gian nghiên cứu thực nghiệm. Trong nghiên cứu thực nghiệm, có thể tiến hành thí nghiệm bằng phương pháp cổ điển. Nhà thực nghiệm chỉ dựa vào kinh nghiệm và trực giác để chọn hướng nghiên cứu. Các thí nghiệm được tiến hành lần lượt với sự thay đổi từng thông số trong khi giữ nguyên các yếu tố còn lại. Phương pháp cổ điển chỉ cho phép tìm kiếm cái mới phụ thuộc đơn định giữa các chỉ tiêu
12 đánh giá và các yếu tố ảnh hưởng 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 phương trình thực nghiệm đơn yếu tố nhưng vì chúng chỉ là những trường hợp riêng nên không cho kết quả chặt chẽ về mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố trong mối tác động qua lại giữa chúng cũng không thể tìm kiếm phương án phối hợp tối ưu các yếu tố ảnh hưởng. Nhược điểm của phương pháp nghiên cứu cổ điển là khi nghiên cứu không thấy được hướng chuyển dịch của quá trình lúc tìm các điều kiện tối ưu theo quan điểm này các thực nghiệm đó thuộc loại “thụ động”. Vì thấy rõ những nhược điểm của phương pháp nghiên cứu thực nghiệm cổ điển chúng tôi chọn phương pháp nghiên cứu thực nghiệm mà trong đó tiến hành khảo nghiệm máy, thu thập số liệu một cách chủ động theo 1 kế hoạch và chiến lược xác định trước, đó là phương pháp qui hoạch thực nghiệm. Quy hoạch thực nghiệm là cơ sở phương pháp luận của nghiên cứu thực nghiệm hiện đại. Đó là phương pháp nghiên cứu mới trong đó công cụ toán học giữ vai trò tích cực. Cơ sở toán học, nền tảng lý thuyết của qui hoạch thực nghiệm là toán thống kế với hai lĩnh vực quan trọng là phân tích phương sai và phân tích hồi qui. 2.4.2. Mục tiêu, nhiệm vụ thực nghiệm 2.4.2.1 Mục tiêu thực nghiệm Mục tiêu thực nghiệm là 2 chỉ tiêu năng suất (Ng) và chi phí năng lượng riêng (Nr) khi vận xuất gỗ rừng trồng bằng tời hai trống tự hành. 2.4.2.2 Nhiệm vụ thực nghiệm - Xác định các thông số yếu tố ảnh hưởng đến năng suất và chi phí năng lượng riêng. - Xây dựng phương trình hồi quy thực nghiệm xác định năng suất Ng