Nghiên Cứu Máy Tạo Hố Trồng Cây Trên Đất Dốc

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

Tr­êng ®¹i häc l©m nghiÖp

=====***=====

lª s©m

Nghiªn cøu MÁY TẠO HỐ TRỒNG CÂY trång c©y

trªn ®Êt dèc

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 kü thuËt

Ng­êi h­íng dÉn khoa häc

TS. D­¬ng V¨n Tµi

Hµ NỘI, n¨m 2008

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam có diện tích tự nhiên là: 32.894.398 ha. Trong đó diện tích có rừng

là 12.915.592 ha độ che phủ trung bình trên toàn quốc là 39% và đất trống đồi núi

trọc là 4,86 triệu ha chiếm 14% diện tích của cả nước. Diện tích đất trống đồi núi

trọc chủ yếu là tập trung ở vùng Tây Bắc như Sơn La, Lai Châu, Điện Biên, Hà

Giang và một số tỉnh Bắc Trung Bộ như Thanh Hoá, Nghệ An, Quảng Bình, Quảng

Trị… Diện tích đất trống đồi núi trọc này chủ yếu nằm ở lưu vực đầu nguồn các con

sông lớn như: sông Đà, sông Hồng, sông Lam, sông Cả, nên ảnh hưởng rất lớn đến

quá trình giữ nước cho các công trình Thuỷ điện, lũ quét và xói mòn đất …

Nhận thức được tầm quan trọng cần phải có rừng để điều hoà nguồn nước

cho các công trình Thuỷ điện, chống lũ quét, điều hoà khí hậu, … Đảng và nhà

nước ta đã đề ra Nghị quyết và phê duyệt Dự án trồng mới 5 triệu ha rừng. Trong

chiến lược phát triển Lâm nghiệp giai đoạn 2001-2010 đề ra cần phải trồng mới 3

triệu ha nâng độ che phủ lên 43%. [5]; [44]. Hiện nay, việc trồng rừng ở Việt Nam chủ yếu là thủ công nên năng suất

thấp, lao động nặng nhọc, chất lượng thấp dẫn đến sự sinh trưởng và phát triển của

cây sau khi trồng là rất kém. Đặc biệt trong trồng rừng khâu làm đất là khâu quan

trọng nhất, nặng nhọc nhất và quyết định đến năng suất, chất lượng của rừng sau khi

trồng. Việc làm đất trồng cây ở Việt Nam chủ yếu bằng thủ công (dùng cuốc) nên

tốn nhiều sức lực, nhiều lao động dẫn đến tốc độ trồng rừng không đạt yêu cầu.

Hiện nay ở một số nơi đã sử dụng máy cày, máy khoan hố để làm đất trồng

rừng bước đầu cũng đã cho năng suất, chất lượng tốt nhưng thiết bị này có phạm vi

hoạt động rất hạn chế, chỉ hoạt động ở những nơi địa hình bằng phẳng mà không sử

dụng được ở những nơi có độ dốc cao> 250

, núi cao, đất bị bạc màu, cơ lý của đất cứng.

Muốn nâng cao năng suất, chất lượng trồng rừng phải cơ giới hoá khâu tạo

hố trồng cây, để tạo ra hố đúng kỹ thuật, giảm nhân lực, từ đó mới đẩy nhanh được

tốc độ trồng rừng. Mặt khác đối với những nơi đất cứng cuốc hố bằng phương pháp

thủ công là rất khó thực hiện, đối với những nơi có độ dốc cao thì thiết bị lớn không

2

thể hoạt động được. Chính vì vậy phải nghiên cứu tạo ra được thiết bị gọn nhẹ dễ

dàng mang vác được ở những nơi có độ dốc lớn.

Từ yêu cầu cấp thiết hiện nay và căn cứ vào đặc điểm của địa hình, đất đai

của nước ta cần thiết phải tạo ra một thiết bị tạo hố trồng cây trên đất dốc để cơ giới

hoá khâu làm đất trồng rừng.

Từ những lý do trên chúng tôi chọn và thực hiện đề tài: "Nghiên cứu máy

tạo hố trồng cây trên đất dốc"

2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:

Xuất phát từ những lý do thực hiện đề tài đã nêu ở trên chúng tôi đặt mục

tiêu nghiên cứu là:

Máy tạo hố trồng cây trên đất dốc sau khi được nghiên cứu phải đạt được yêu

cầu: Năng suất tạo hố trồng cây cao, chất lượng hố sau khi đào tốt, hiệu quả kinh tế

lớn, rung động của thiết bị nằm trong giới hạn cho phép, đáp ứng được quy phạm

kỹ thuật trong khâu làm đất trồng rừng.

3. Phạm vi nghiên cứu của đề tài:

Nghiên cứu máy tạo hố trồng cây trên đất dốc là vấn đề rộng, cần thời gian

dài, trong đề tài này chỉ giới hạn các nội dung sau:

3.1. Thiết bị nghiên cứu:

Đề tài không nghiên cứu phần động cơ của máy mà tập trung giải quyết những

tồn tại của các máy khoan hố hiện nay đang sử dụng đó là: Nguyên lý cắt đất, hệ

thống cắt đất, rung động của thiết bị, công suất động cơ, công nghệ sử dụng thiết bị

để tạo hố trên đất dốc.

3.2. Đối tượng nghiên cứu:

Đề tài không nghiên cứu tất cả các loại đất trồng rừng hiện nay ở Việt Nam,

cũng không nghiên cứu ở những độ dốc khác nhau mà chỉ tập trung nghiên cứu một

số loại đất trồng rừng phổ biến hiện nay ở miền núi phía Tây Bắc và một số độ dốc

đặc trưng đó là: Đất sỏi đá, đất thịt, đất cát pha, đất ở đồi trọc, đất rừng sau khi khai

thác đội dốc trung bình từ 300 ÷ 450

.

3

3.3. Địa điểm nghiên cứu:

Đề tài không có điều kiện khảo nghiệm ở nhiều địa hình, ở nhiều địa điểm mà

chỉ chọn một địa phương, một địa hình đặc trưng cho một số tỉnh vùng Tây Bắc đó

là Hoà Bình để lấy mẩu thí nghiệm và khảo nghiệm.

4. Nội dụng nghiên cứu của đề tài:

Với phạm vi nghiên cứu đã trình bày ở phần trên. Để đạt được mục tiêu của

đề tài chúng tôi tập trung giải quyết những nội dung sau:

4.1. Nghiên cứu lý thuyết:

Nội dung nghiên cứu lý thuyết cần giải quyết các vấn đề sau: - Xây dựng mô hình tính toán lực cắt đất của dao cắt trong quá trình tạo hố. - Lập công thức tính toán lực cắt, khảo sát các yếu tố ẩnh hưởng đến lực cắt - Lập công thức tính toán lực tác dụng lên dao cắt trong quá trình cắt đất để

tạo hố trồng cây. - Lập công thức tính lực cản cắt, khảo sát các thông số ảnh hưởng đến lực

cản cắt để làm cơ sở tính toán thiết kế các phần tử của dao cắt đất. - Xây dựng cơ sở tính toán và xác định các thông số cơ bản của bộ phận cắt đất. - Xây dựng mô hình tính toán, thiết lập phương trình rung động của máy để

làm cơ sở đề xuất giải pháp chống rung cho máy tạo hố trồng cây.

4.2. Nghiên cứu thực nghiệm:

Nghiên cứu thực nghiệm để kiểm nghiệm các kết quả tính theo lý thuyết và

xác định chi phí năng lượng riêng khi tạo hố trồng cây bằng các dạng cắt khác nhau.

Từ các kết quả đó làm cơ sở lựa chọn dạng cắt hợp lý và xác định thông số tối ưu

của hệ thống cắt đất.

Nội dụng nghiên cứu thực nghiệm bao gồm các vấn đề sau: - Xác định chi phí năng lượng riêng cho một số dạng cắt khác nhau ứng với các loại

đất khác nhau. - Xác định độ ẩm của một số loại đất thí nghiệm.

4

- Xác định chi phí năng lượng riêng ứng với các thông số khác nhau của hệ

thống cắt đất làm cơ sở để lập mối quan hệ giữa chi phí năng lượng riêng với các

thông số của hệ thống cắt đất. - Xác định thông số tối ưu của hệ thống cắt đất. - Xác định công suất động cơ để làm cơ sở tính toán lựa chọn loại động cơ phù hợp.

4.3. Khảo nghiệm thiết bị nghiên cứu:

Khảo nghiệm máy tạo hố trồng cây trên đất dốc trong điều kiện thực tế nhằm

xác định một số chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của thiết bị. Từ đó sơ bộ xác định hiệu quả

kinh tế khi sử dụng thiết bị và đánh giá khả năng ứng dụng vào thực tế sản xuất.

5

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Tổng quan về tình hình trồng rừng và diện tích đất trống đồi núi trọc ở

một số tỉnh

1.1.1. Tình hình trồng rừng hiện nay ở Việt Nam

Thực hiện Dự án trồng mới 5 triệu ha rừng và các chương trình của Bộ Nông

Nghiệp & PTNT. Hàng năm ở nước ta có hàng trăm ngàn ha rừng được trồng mới.

Theo kết quả thống kê diện tích rừng được trồng mới được thể hiện ở bảng 1.1, [1]; [2].

Bảng 1.1: Diện tích rừng trồng theo các vùng sinh thái

TT Vùng sinh thái Diện tích rừng (ha) Ghi chú

Rừng tự nhiên Rừng trồng

1 Tây Bắc 1.376.951 100.924

2 Đông Bắc 2.221.764 805.961

3 Bắc Trung Bộ 1.999.835 484.840

4 Nam Trung Bộ 1.017.459 281.020

5 Tây Nguyên 2.827.342 144.393

6 Đông Nam Bộ 733.245 198.680

1.1.2. Diện tích đất trống đồi núi trọc cần phải trồng rừng:

Theo kết quả điều tra rừng năm 2005 cả nước còn 6,13 triệu ha đất trống đồi

núi trọc. Trong đó khoảng 1 triệu ha là núi cao khó khăn cho việc trồng cây, còn lại

5 triệu ha là có thể trồng cây được. Ngoài ra, hàng năm nước ta cũng mất hàng trăm

ngàn ha do cháy rừng, do đốt nương làm rẫy, khai thác Lâm sản trái phép, ...nên diện

tích đất cần phải trồng rừng là rất lớn. Diện tích đất không có rừng theo vùng sinh thái

được thể hiện ở bảng 1.2, [1]; [2]; [4].

6

Bảng 1.2. Diện tích đất không có rừng theo vùng sinh thái

TT Vùng sinh thái Đất trống đồi núi trọc (ha) Đất khác (ha)

1 Tây Bắc 1.326.970 1.617.267

2 Đông Bắc 1.736.176 1.489.662

3 Bắc Trung Bộ 1.177.357 281.020

4 Nam Trung Bộ 911.949 1.155.048

5 Tây Nguyên 776.446 1.703.035

6 Đông Nam Bộ 206.173 394.786

Từ số liệu ở bảng 1.2 chúng tôi có một số nhận xét sau: - Diện tích đất trống cần phải trồng rừng là rất lớn, cần phải phát triển nhanh

diện tích trồng rừng để đáp ứng yêu cầu cấp thiết trong việc phòng chống bão lụt,

giảm thiểu biến đổi khí hậu, phục vụ các nhu cầu cần thiết cho cuộc sống. - Cần phải nghiên cứu tạo ra công nghệ và thiết bị thích hợp để cơ giới hoá

khâu trồng, chăm sóc rừng. Có như vậy mới đáp ứng được yêu cầu cấp bách của

toàn Đảng, toàn nhân dân về phủ xanh đất trống đồi núi trọc trong thời gian tới.

1.2. Khái quát về tình hình nghiên cứu và sử dụng thiết bị tạo hố trồng cây trên

thế giới:

Việc nghiên cứu và sử dụng các thiết bị để cơ giới hoá khâu tạo hố trồng cây

trên thế giới đã được nghiên cứu tương đối hoàn thiện. Đối với các nước phát triển

như Mỹ, Canada, Đức,... việc tạo hố trồng cây chủ yếu sử dụng máy khoan hố lắp

sau máy kéo, quá trình nghiên cứu và sử dụng máy và thiết bị tạo hố trồng cây được

phân ra hai loại: - Đối với địa hình bằng phẳng sử dụng máy khoan hố dẫn động thuỷ lực, có

nguồn động lực là máy kéo Nông nghiệp. Ưu điểm của thiết bị này là năng suất cao,

kích thước hố đào tốt đạt yêu cầu kỹ thuật. Nhược điểm của thiết bị này là chỉ sử

dụng được ở những nơi địa hình bằng phẳng, còn những nơi có địa hình dốc như ở

các tỉnh vùng núi phía Bắc nước ta là không thể sử dụng được( hình1.1), [37].

7

Hình 1.1. Máy khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo. - Đối với những nơi có địa hình phức tạp mà máy kéo không thể hoạt động

được thì các nhà khoa học của Đức, Nhật,...đã nghiên cứu thiết kế chế tạo ra loại

máy khoan hố cầm tay một đến hai người điều khiển, như máy khoan hố cầm tay

ES – 35B của Đức, máy khoan hố trồng cây KOMATSU 1 người điều khiển của

Nhật Bản (Hình 1.2). Ưu điểm của máy này là có thể sử dụng được ở những nơi có

địa hình phức tạp, độ dốc lớn nhưng nhược điểm là trọng lượng máy lớn kích thước

mũi khoan nhỏ, kích thước hố sau khi khoan không đạt yêu cầu kỹ thuật, không thể

khoan được ở những nơi đất cứng, đất hoang hoá như ở nước ta. Loại máy này chỉ

phù hợp với nơi đất mềm, đất cát, [51].

Hình 1.2. Máy khoan hố cầm tay.

8

- Hãng Husqvarna của Thuỷ Điển đã thiết kế chế tạo ra loại máy khoan hố

cầm tay một người điều khiển. Loại thiết bị này chỉ sử sụng được ở những nơi đất

mềm, không phù hợp với điều kiện địa hình ở Việt Nam .

Theo tài liệu [50] của Trường Đại Học Lâm Nghiệp Nam Kinh – Trung

Quốc đã nghiên cứu tạo ra được thiết bị khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo Đông

Phong, sử dụng những nơi có địa hình bằng phẳng.

Tác giả Bverrer.R trong công trình nghiên cứu [46] đã nghiên cứu thiết kế,

chế tạo máy khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo với dẫn động thuỷ lực. Kết quả

nghiên cứu cho thấy khi sử dụng máy khoan hố thì năng suất gấp 10 lần tạo hố bằng

thủ công, chất lượng hố đạt yêu cầu kỹ thuật( 40x40x40).

Tác giả Zhou.T.G trong công trình nghiên cứu [49] đã so sánh chất lượng

của cây trồng khi sử dụng phương pháp thủ công với phương pháp cơ giới. Kết quả

nghiên cứu cho thấy trồng cây sử dụng máy khoan hố cây phát triển tốt hơn.

Theo công trình nghiên cứu [43] của khoa Cơ điện Trường Đại Học Nam

Ninh – Trung Quốc đã nghiên cứu tạo ra được loại mũi khoan lắp sau liên hợp

máy với nguồn động lực là máy kéo lâm nghiệp. Loại mũi khoan này cho kích

thước hố (50x50x50)cm và thành hố không bị miết chặt. Kết qủa nghiên cứu

cho thấy loại mũi khoan này tiêu hao công suất lớn nên chỉ sử dụng cho loại

thiết bị có nguồn động lực lớn. Theo kết quả nghiên cứu của hãng Little Beaver và hãng Dolkem đã

nghiên cứu và đưa vào sử dụng nhiều dạng mũi khoan hố khác nhau, sử

dụng cho các loại thiết bị khác nhau. Kết quả nghiên cứu cũng đã đưa ra

được thông số của các lưỡi cắt phạm vi sử dụng và ưu nhược điểm của

từng loại mũi khoan. Tồn tại lớn nhất của các dạng mũi khoan này là kích

thước của mũi khoan nhỏ nên hố sau khi khoan không đạt yêu cầu kỹ

thuật (loại lớn nhất có đường kính 20 cm). Loại mũi khoan này chỉ phù

hợp trong khoan công trình. Cấu tạo và hình dạng mũi khoan được thể

hiện trên hình 1.3.