Nghiên Cứu Động Lực Học Quá Trình Khởi Hành Của Liên Hợp Tời Cáp Cần Treo Gỗ Lắp Trên Máy Kéo Cỡ Nhỏ Để Vận Xuất Gỗ Rừng Trồng Trên Dốc Dọc

Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Bé n«ng nghiÖp vµ PTNT

tr­êng ®¹i häc l©m nghiÖp

§Æng ThÞ Hµ

Nghiªn cøu ®éng lùc häc qu¸ tr×nh khëi hµnh

cña liªn hîp têi c¸p, cÇn treo gç l¾p trªn

m¸y kÐo cì nhá ®Ó vËn xuÊt gç rõng trång

trªn dèc däc

LuËn v¨n th¹c sÜ khoa häc kü thuËt

Hµ Néi – 2008

Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Bé n«ng nghiÖp vµ PTNT

tr­êng ®¹i häc l©m nghiÖp

§Æng ThÞ Hµ

Nghiªn cøu ®éng lùc häc qu¸ tr×nh khëi hµnh

cña liªn hîp têi c¸p, cÇn treo gç l¾p trªn

m¸y kÐo cì nhá ®Ó vËn xuÊt gç rõng trång

trªn dèc däc

Chuyªn ngµnh: Kü thuËt m¸y vµ thiÕt bÞ c¬ giíi ho¸ n«ng l©m nghiÖp

M· Sè: 60 52 14

LuËn v¨n th¹c sü khoa häc kü thuËt

Ng­êi h­íng dÉn khoa häc

Ts. Lª V¨n Th¸i

Hµ Néi – 2008

1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Nước ta vốn là một đất nước có tài nguyên rừng phong phú, đa dạng

với nhiều loại cây, gỗ và lâm sản có giá trị cao. Từ lâu rừng đã gắn liền với

cuộc sống của hàng chục triệu người dân, đã và đang đóng vai trò quan trọng

trong sự nghiệp xây dựng và bảo vệ Tổ Quốc. Bước vào thời kỳ Công nghiệp

hoá - Hiện đại hoá đất nước, vai trò của rừng đối với việc bảo vệ môi trường,

cung cấp lâm sản cho nền kinh tế quốc dân, đáp ứng các yêu cầu văn hoá

thẩm mỹ của con người sẽ ngày càng tăng lên.

Do nhiều nguyên nhân khác nhau về thời tiết khí hậu, đất đai bị ô

nhiễm, do sức ép về nhu cầu của con người đã tác động xấu đến rừng, làm

cho rừng nước ta ngày càng suy giảm. Nhận thức đúng đắn những hậu quả to

lớn, nhiều mặt do sự tàn phá rừng gây ra, cũng như tầm quan trọng của rừng

đối với các lĩnh vực: Kinh tế, xã hội, môi trường sinh thái, an ninh quốc

phòng. Đảng và Nhà nước ta đã rất quan tâm, khuyến khích hỗ trợ nhiều dự

án trồng rừng nhằm mục đích khôi phục và phát triển rừng. Đặc biệt tại kỳ

họp thứ 2 Quốc hội khóa X đã đưa ra nghị quyết về dự án trồng mới 5 triệu ha

rừng [21]. Dự án trồng mới 5 triệu ha rừng được mở ra với quy mô rộng lớn

nhằm gây trồng 3 loại rừng chính là rừng đặc dụng, rừng phòng hộ và rừng

sản xuất. Thúc đẩy phát triển rừng là xu thế tất yếu của xã hội để góp phần

duy trì sự sống trên trái đất và để đáp ứng nhu cầu về lâm sản cho xã hội ngày

càng cao. Vai trò của rừng trồng ngày càng chiếm vị trí quan trọng trong việc

đáp ứng nhu cầu về gỗ cho nền kinh tế quốc dân.

Hiện nay, gỗ và củi chủ yếu được lấy ra từ rừng trồng. Rừng trồng ở

nhiều nơi đang được khai thác với số lượng lớn để làm nguyên liệu giấy, làm

gỗ trụ mỏ, làm nguyên liệu cho công nghiệp chế biến gỗ và các ngành kinh tế

khác. Đặc điểm của rừng trồng là phân tán, trữ lượng ít, đường xá nhỏ hẹp, địa hình dốc lớn và không đồng đều, khai thác không đại trà (chặt đan xen

từng vùng để đảm bảo môi trường bền vững), điều kiện áp dụng cơ giới hoá

cho khâu khai thác có những khó khăn nhất định. Vì vậy, việc nghiên cứu, lựa

2

chọn sử dụng các loại máy móc, thiết bị phù hợp để vận xuất gỗ rừng trồng là

vấn đề cần thiết. Trong những năm gần đây ở nước ta, máy kéo cỡ nhỏ được sử dụng

phổ biến trong sản xuất nông lâm nghiệp, đó là các loại máy kéo MTZ-80,

DFH-180, máy kéo Shibaura, máy kéo bông sen-12… Trên cơ sở tận dụng

nguồn động lực sẵn có trong sản xuất nông lâm nghiệp như hiện nay, đã có

nhiều đề tài nghiên cứu thiết kế thiết bị chuyên dùng, dùng nguồn động lực là

máy kéo cỡ nhỏ để vận chuyển, vận xuất gỗ rừng trồng - là khâu công việc rất

nặng nhọc và nguy hiểm trong dây chuyền công nghệ khai thác gỗ. Một trong

số các đề tài đã nghiên cứu và thử nghiệm thành công thiết bị lâm nghiệp

chuyên dùng đó là liên hợp máy (LHM) có nguồn động lực là máy kéo cỡ nhỏ

với thiết bị tời cáp để vận xuất gỗ rừng trồng. Do điều kiện làm việc của LHM trên địa hình đất dốc và không bằng

phẳng nên đôi khi vận xuất gỗ thì LHM phải dừng trên dốc và người điều

khiển phải thực hiện lại quá trình khởi hành, sang số trên những địa hình dốc

là rất phổ biến. Việc khởi hành LHM trên dốc dọc là một quá trình phức tạp

và khó khăn nhất trong quy trình sử dụng LHM di chuyển vận xuất gỗ. Quá

trình khởi hành là quá trình chuyển từ trạng thái tĩnh sang trạng thái động gây

nên áp lực động đột ngột lên các cơ cấu của LHM dẫn đến hư hỏng đột ngột

và giảm tuổi thọ của chi tiết máy. Quá trình khởi hành của LHM không chỉ

phụ thuộc vào các đặc tính kỹ thuật của LHM như công suất động cơ, tải

trọng, quá trình biến đổi năng lượng trong động cơ và đường truyền công

suất… mà còn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khách quan như độ dốc, hệ số

bám, tính ổn định và kỹ năng thao tác, vận hành của người điều khiển. Để

hiểu rõ bản chất quá trình khởi hành của LHM trên dốc dọc và đánh giá các

yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng khởi hành, để có cơ sở hoàn thiện thêm về

mặt kết cấu và chọn chế độ sử dụng LHM có hiệu quả và đảm bảo an toàn, đòi hỏi phải nắm được các tính chất động học và động lực học của từng phần

tử và toàn bộ hệ thống của LHM trong quá trình khởi hành. Nghiên cứu cơ sở

3

khoa học đề xuất chỉ dẫn sử dụng LHM, để đảm bảo cho LHM làm việc ổn

định, an toàn trên đồi dốc là một hướng nghiên cứu có ý nghĩa thiết thực. Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi chọn đề tài luận văn: “Nghiên

cứu động lực học quá trình khởi hành của liên hợp tời cáp, cần treo gỗ lắp

trên máy kéo cỡ nhỏ để vận xuất gỗ rừng trồng trên dốc dọc” với mục đích

nhằm góp phần xây dựng cơ sở khoa học để tính toán thiết kế cải tiến và lựa

chọn chế độ sử dụng hợp lý LHM khi làm việc trên đất dốc.

4

Chương 1

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Tình hình sử dụng máy kéo nông nghiệp ở nước ta

Đẩy mạnh công nghiệp hoá, hiện đại hoá nông nghiệp, nông thôn, giải

quyết đồng bộ các vấn đề nông nghiệp, nông thôn và nông dân. Tiếp tục tạo

chuyển biến mạnh mẽ trong sản xuất nông nghiệp, kinh tế nông thôn và nâng

cao đời sống nhân dân. Cùng với những thành tựu sau 20 năm đổi mới, quá

trình thực hiện các đường lối, chủ trương, chính sách của Đảng và Nhà nước

về lĩnh vực nông nghiệp, nông thôn và nông dân chúng ta đã đạt được những

thành tựu to lớn có ý nghĩa lịch sử. [18]

Để đáp ứng yêu cầu sản xuất, thực hiện chủ trương công nghiệp hoá và

hiện đại hoá nông nghiệp và nông thôn, nền sản xuất nông nghiệp ở nước ta

ngày càng được quan tâm và không ngừng phát triển, ruộng đất được chia lâu

dài cho các hộ nông dân, nhiều hộ gia đình còn được sở hữu nhiều hecta gieo

trồng do vậy nhu cầu cần trang bị máy móc là rất lớn để phục vụ cho các khâu

công việc như làm đất, gieo trồng, chăm sóc, bơm nước, thu hoạch, vận

chuyển… Hiện nay máy kéo nông nghiệp đã được nhập vào nước ta rất nhiều

chủ yếu phục vụ cho canh tác nông nghiệp. Thị trường trong nước chủ yếu là

các loại máy kéo nhỏ của Trung Quốc với giá rẻ và chất lượng chưa tốt. Máy

kéo đã qua sử dụng của Nhật Bản cũng tràn vào Việt Nam, có chất lượng chế

tạo cao hơn nhưng giá thành đắt và phụ tùng khan hiếm [7]. Máy kéo của

Nhật Bản nhập vào nước ta có cấu tạo phức tạp kiểu hiện đại thu nhỏ, những

máy này có độ bền, độ tin cậy cao và tiện nghi sử dụng tốt nhưng do khi nhập

vào nước ta thường là máy kéo cũ, không có máy công tác kèm theo cũng như

phụ tùng thay thế và giá bán tương đối cao, không có tài liệu hướng dẫn sử

dụng và dịch vụ sau bán hàng (bảo hành, cung cấp thiết bị phụ tùng …) nên

không phù hợp với hoàn cảnh và khả năng công nghệ chế tạo của ngành công

nghiệp nước ta hiện nay [11].

5

Tuy rằng ngành chế tạo máy của nước ta có rất nhiều cố gắng, nhưng

hầu hết các máy kéo nhỏ chế tạo trong nước đều là sao chép mẫu của Trung

Quốc, Nhật Bản ra đời cách đây nhiều thập kỷ, đơn điệu về mẫu mã và lạc

hậu về tính năng kỹ thuật. Ngay cả việc sao chép mẫu cũng chưa có căn cứ

khoa học đầy đủ để có được những mẫu máy phù hợp với điều kiện sử dụng ở

nước ta [7]. Để phát huy năng lực của máy móc đòi hỏi ngành chế tạo máy ở

nước ta phải tập trung đầu tư nghiên cứu thiết kế, cải tiến, đổi mới quy trình

công nghệ để tạo ra sản phẩm có chất lượng tốt hơn phù hợp với điều kiện sản

xuất thực tế. Các máy kéo cỡ nhỏ được chế tạo trong nước chủ yếu ở Nhà

máy cơ khí nông nghiệp Hà Tây kết hợp với Nhà máy cơ khí Trần Hưng Đạo

và Nhà máy diezel Sông Công. Việc sử dụng và nghiên cứu các loại máy kéo

ở nước ta đã đạt được những kết quả nhất định. Máy kéo công suất nhỏ đã và

đang dần trở thành nguồn động lực quan trọng chủ yếu trong sản xuất nông

nghiệp ở nước ta.

Cả nước hiện có khoảng 1300 cơ sở chuyên sản xuất, kinh doanh các

loại máy kéo, máy nông nghiệp và thiết bị cơ khí phục vụ nông nghiệp; 1218

cơ sở chuyên sửa chữa, bảo dưỡng, bảo hành máy kéo, thiết bị cơ khí, nhưng

nhìn chung vẫn chưa thể đáp ứng được yêu cầu, trong khi đó lượng máy nhập

khẩu còn thấp. Số lượng máy kéo các loại có khoảng 300.000 chiếc, tổng

công suất 3,5 triệu mã lực trong đó đa phần là máy kéo 2 bánh dưới 15 mã lực

(75,3%), máy kéo bốn bánh 15-35 mã lực (15,2%), máy kéo trên 35 mã lực

chỉ chiếm 9,5%.

Theo dự báo của Viện cơ điện và chế biến nông sản, nhu cầu máy kéo

từ 50 CV trở lên bình quân hàng năm là 3000-3200 chiếc/năm, máy kéo từ 8- 20CV là 8000-8200 chiếc/năm để đạt được mục tiêu về cơ giới hoá. Hiện tại, Việt Nam không có năng lực sản xuất máy kéo từ 50 CV trở lên. Nhóm máy

kéo 4 bánh 18-20CV đang phải nhập khẩu. Hiện có một số cơ sở đang dự kiến

triển khai các dự án láp ráp (phụ tùng nhập) với sản lượng khoảng 1400

chiếc/năm, (chủ yếu dự án liên doanh của VEAM với DAEDONG -Hàn Quốc

6

có công suất 1200 chiếc/năm đặt tại Cầu Diễn - Hà Nội. Nhóm máy kéo hai

bánh cỡ 6-8-12CV nhu cầu sẽ rất lớn và ổn định, khoảng 7000 chiếc/năm.

Tuy nhiên, mặc dù hiện nay sản xuất trong nước đã đáp ứng được khoảng

60% nhu cầu (50% do VEAM cung cấp, còn lại do địa phương sản xuất). Để

có thể đạt được mục tiêu công nghiệp hoá, hiện đại hoá nông nghiệp mục tiêu

đến năm 2010 ngành cơ khí nông nghiệp cần đáp ứng được 80% nhu cầu cơ

giới hoá các khâu sản xuất nông nghiệp. Như vậy, nhu cầu cho việc cơ giới

hoá các khâu trong sản xuất nông nghiệp là rất lớn, tạo ra một thị trường đầy

triển vọng cho ngành cơ khí nông nghiệp trong nước phát triển nếu được đầu

tư đúng hướng, đúng trọng điểm [23]. 1.2. Khái quát tình hình nghiên cứu và áp dụng máy kéo nông nghiệp vào

việc vận xuất gỗ nhỏ rừng trồng

Vận xuất gỗ là quá trình di chuyển cây gỗ từ nơi chặt hạ về tập trung ở

bãi gỗ ven đường hoặc kho gỗ I rồi từ đó gỗ được vận chuyển đến một nơi

tiêu thụ nào đấy. Đây là khâu khó khăn nhất, nặng nhọc và phức tạp nhất

trong dây chuyền công nghệ khai thác gỗ. Nó ảnh hưởng quyết định đến số

lượng và chất lượng gỗ sau khi chặt hạ và ảnh hưởng lớn đến việc bảo vệ cây

con cũng như đất rừng. Chính vì đặc điểm và tầm quan trọng như vậy nên đã

có nhiều nghiên cứu về công nghệ đặc biệt là về máy móc thiết bị trong khâu

sản xuất này. Các máy kéo dùng trong vận xuất gỗ rất đa dạng, song có thể phân chia

thành hai nhóm chính: máy kéo xích và máy kéo bánh hơi. Các loại máy kéo

vận xuất bánh hơi có những ưu điểm nổi trội so với máy kéo xích cùng cỡ. Chúng có khối lượng riêng nhỏ hơn, chi phí nhiên liệu cho 1 m3 gỗ vận xuất ít

hơn, tuổi thọ của bộ phận di động cao hơn 2-3 lần, chúng yêu cầu chi phí sử

dụng thấp hơn, máy kéo bánh hơi có tốc độ lớn hơn, do vậy cho năng suất cao

hơn. Ngoài ra máy kéo bánh hơi ít phá hại cây con và đất rừng hơn máy kéo

xích. Do có những ưu điểm như vậy nên máy kéo bánh hơi được sử dụng

ngày càng rộng rãi và chiếm ưu thế so với máy kéo xích. Các máy kéo bánh