Tài liệu Nghiên cứu khả năng kéo của liên hợp máy kéo shibaura 3000a với rơ mooc một cầu truyền động thuỷ lực .

Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Tr−êng ®¹i häc n«ng nghiÖp Hµ Néi ---
& --- NguyÔn ThÞ Hång MÕn NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KÉO CỦA LIÊN HỢP MÁY KÉO SHIBAURA-3000A VỚI RƠ MOOC MỘT CẦU TRUYỀN ĐỘNG THUỶ LỰC luËn v¨n th¹c sÜ kü thuËt Chuyªn ngµnh: Kü thuËt m¸y vµ thiÕt bÞ c¬ giíi ho¸ n«ng l©m nghiÖp M· ngµnh: 60.52.14 Ng−êi h−íng dÉn khoa häc: PGS.TS. N«ng V¨n V×n Hµ Néi - 2008 Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc1sỹ kỹ thuật……………….. ………………………1 LỜI CAM ĐOAN T«i xin cam ®oan, nh÷ng sè liÖu vµ kÕt qu¶ nghiªn cøu trong luËn v¨n nµy lµ trung thùc vµ ch−a hÒ ®−îc sö dông ®Ó b¶o vÖ mét häc vÞ nµo. T«i xin cam ®oan r»ng mäi sù gióp ®ì cho viÖc thùc hiÖn luËn v¨n nµy ®· ®−îc c¶m ¬n vµ c¸c th«ng tin trÝch dÉn trong luËn v¨n nµy ®· ®−îc chØ râ nguån gèc T¸c gi¶ NguyÔn ThÞ Hång MÕn Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc isỹ kỹ thuật……………….. ………………………i LỜI CẢM ƠN Trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn ®Ò tµi nµy, t«i ®· nhËn ®−îc sù h−íng dÉn, chØ b¶o vµ gióp ®ì tËn t×nh cña c¸c thÇy c« gi¸o trong Khoa C¬ §iÖn vµ c¸c thÇy c« gi¸o trong tr−êng. Nh©n dÞp nµy, cho phÐp t«i ®−îc bµy tá lßng biÕt ¬n ch©n thµnh vµ s©u s¾c s¾c ®Õn: T«i xin ch©n thµnh c¶m ¬n thÇy gi¸o PGS. TS. N«ng V¨n V×n ®· trùc tiÕp h−íng dÉn, vµ tËn t×nh chØ b¶o vµ gióp ®ì t«i thùc hiÖn ®Ò tµi nµy. T«i xin ch©n thµnh c¶m ¬n tËp thÓ c¸n bé, gi¸o viªn bé m«n §éng Lùc - Khoa C¬ §iÖn vµ toµn thÓ c¸c thÇy c« gi¸o gi¸o trong Khoa C¬ §iÖn Tr−êng §¹i häc N«ng nghiÖp Hµ Néi. T«i xin bµy tá lßng biÕt ¬n ch©n thµnh ®Õn c¸c thÇy c« gi¸o ®· trùc tiÕp gi¶ng d¹y t«i trong qu¸ tr×nh häc tËp t¹i tr−êng vµ c¸c thÇy c« gi¸o Khoa Sau §¹i Häc - Tr−êng §¹i häc N«ng nghiÖp Hµ Néi. Néi. V× thêi gian cã h¹n, n¨ng n¨ng lùc cßn h¹n chÕ nªn cuèn luËn luËn v¨n nµy kh«ng thÓ tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt, rÊt mong Héi ®ång chÊm luËn v¨n Quèc gia, b¹n bÌ ®ång nghiÖp, b¹n ®äc gãp ý ch©n thµnh. T«i xin ch©n thµnh c¶m ¬n! T¸c gi¶ NguyÔn NguyÔn ThÞ Hång MÕn Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạciisỹ kỹ thuật……………….. ………………………ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ...........................................................................................i LỜI CẢM ƠN................................................................................................ii MỤC LỤC ....................................................................................................iii DANH MỤC BẢNG......................................................................................v DANH MỤC CÁC HÌNH .............................................................................vi MỞ ĐẦU .....................................................................................................1 Chương 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU.....................................................4 1.1. VẤN ĐỀ CƠ GIỚI HOÁ KHÂU VẬN CHUYỂN TRONG LÂM NGHIỆP.........4 1.1.1. Sử dụng máy kéo trong vận xuất gỗ và xu hướng cải tiến máy kéo nông nghiệp để vận xuất gỗ trên thế giới .............................................................. 5 1.1.2. Các nghiên cứu cải tiến máy kéo nông nghiệp sử dụng vận xuất gỗ ở Việt Nam 9 1.1.2.1. Các thiết bị vận xuất gỗ trong nước ...................................................9 1.1.2.2. Các nghiên cứu cải tiến máy kéo vận xuất gỗ tại Việt Nam ............. 11 1.2. TRUYỀN ĐỘNG THUỶ LỰC.......................................................................................14 1.2.1. Khái quát về truyền động thuỷ lực............................................................... 14 1.2.2. Trang bị thuỷ lực trên các liên hợp máy vận chuyển nông lâm nghiệp ............... 15 1.2.3. Thị trường thuỷ lực ở Việt Nam .................................................................. 16 1.3. MỤC ĐÍCH VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU............................................... 18 1.3.1.Mục đích của đề tài ...................................................................................... 18 1.3.2. Nhiệm vụ nghiên cứu .................................................................................. 18 Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................. 19 2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU .........................................................................................19 2.1.1. Đường vận xuất gỗ và kích thước cây gỗ khai thác ở nước ta ...................... 19 2.1.1.1. Đặc điểm đường vận xuất lâm nghiệp nước ta. ................................ 19 2.1.1.2. Kích thước cây gỗ khai thác ở nước ta. ............................................ 20 2.1.2. Thiết bị vận xuất.......................................................................................... 21 2.1.2.1. Máy kéo........................................................................................... 21 2.1.2.2. Rơ mooc .......................................................................................... 24 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...................................................................................31 2.2.1. Phương pháp giải tích.................................................................................. 31 2.2.2. Phương pháp số........................................................................................... 31 Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạciii sỹ kỹ thuật……………….. ………………………iii Chương 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH KHẢO SÁT TÍNH NĂNG KÉO CỦA MÁY KÉO LIÊN HỢP VỚI RƠ MOOC TRUYỀN ĐỘNG THUỶ LỰC...... 33 3.1. ĐẶT VẤN ĐỀ...................................................................................................................33 3.2. SỰ HÌNH THÀNH LỰC KÉO TIẾP TUYẾN CỦA BÁNH XE CHỦ ĐỘNG........34 3.3 XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH TRƯỢT CỦA MÁY KÉO...................................36 3.4. ĐỘNG HỌC LIÊN HỢP MÁY KÉO VỚI RƠ MOOC TRUYỀN ĐỘNG THUỶ LỰC................................................................................................................39 3.5. XÁC ĐỊNH PHẢN LỰC PHÁP TUYẾN MẶT ĐƯỜNG TÁC DỤNG LÊN CÁC BÁNH XE LIÊN HỢP MÁY.....................................................................................43 3.6. XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC .45 3.6.1. Xây dựng các đặc tính của các phần tử trong hệ thống truyền lực rơ mooc.............. 45 3.6.2. Phần tử động cơ........................................................................................... 46 3.6.3. Phần tử truyền lực cho máy kéo................................................................... 48 3.6.4. Các phần tử truyền lực cho rơ mooc ........................................................... 49 3.7. THUẬT GIẢI VÀ CHƯƠNG TRÌNH............................................................................54 3.8. CÁC PHƯƠNG ÁN KHẢO SÁT...................................................................................59 3.8.1. Khảo sát khả năng phối hợp giữa hệ thống truyền lực của rơ mooc với máy kéo..................................................................................................... 60 3.8.2. Khảo sát dãy tỉ số truyền của hộp số phụ ảnh hưởng đến khả năng phối hợp hệ thống truyền lực của rơ mooc với máy kéo............................. 64 3.9. MỘT SỐ NHẬN XÉT......................................................................................................65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................... 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................ 67 PHỤ LỤC ................................................................................................... 70 Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạciv sỹ kỹ thuật……………….. ………………………iv DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Tên bảng Trang 2.1. Đặc tính kỹ thuật của máy kéo SHIBAURA-3000A ............................. 22 2.2. Khả năng chịu tải và chi phí nhiên liệu động cơ SD - 3000 [14] ....Error! Bookmark not defined. 2.3. Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực .................................................... 24 2.4. Thông số kỹ thuật Rơ mooc RMH-3000 ............................................... 25 2.5. Tỷ số truyền các phần tử truyền động cơ học của cầu mooc ................. 27 3.1. Số liệu tính số vòng quay trục bơm và động cơ thuỷ lực cầu mooc ............ 51 3.2. Vùng tỉ số truyền của hộp số phụ có khả năng mở rộngđể phối hợp với hộp số máy kéo............................................................................... 64 Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạcvsỹ kỹ thuật……………….. ………………………v DANH MỤC CÁC HÌNH Số hình Tên hình Trang 2.1. Hình ảnh máy kéo SHIBAURA-3000A và Rơ mooc RMH-3000 .......21 2.2. Sơ đồ xác định các kích thước cơ bản của Rơ mooc...................... 25 2.3. Sơ đồ động học của LHM có truyền động thuỷ lực trợ giúp cầu mooc....26 2.4. Sơ đồ truyền động thuỷ lực cho cầu mooc..................................... 28 3.1. Sơ đồ nguyên lý làm việc của bánh xe bánh chủ động................... 34 3.2. Đường đặc tính trượt của máy kéo ................................................ 37 3.3. Sơ đồ truyền động liên hợp máy kéo với rơ mooc một cầu truyền động thuỷ lực ................................................................................ 39 3.4. Quan hệ độ trượt giữa cầu sau máy kéo δ1 và cầu rơ mooc δ2 .... 42 3.5. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên liên hợp máy .......................... 44 3.6. Sơ đồ truyền lực của liên hợp máy có truyền động thuỷ lực trợ giúp cầu mooc ............................................................................... 46 3.7. Đặc tính động cơ SD - 3000 lắp trên máy kéo SHIBAURA-3000A.......47 3.8. Sơ đồ đo một số thông số của hệ thốngtruyền lực cầu mooc.......... 51 3.9. Đồ thị quan hệ giữa n1 và n2......................................................... 52 3.10. Đặc tính động cơ thuỷ tĩnh OMP-50.............................................. 53 3. 11. Đặc tính kéo của liên hợp máy Shibaura 3000 A Tầng I và Tầng II.........61 3.12. Đặc tính kéo của liên hợp máy máy kéo Shibaura 3000A Tầng III..........62 3.13. Ảnh hưởng độ dốc đến khả năng kéo của máy kéo Shibaura 3000A khi tải trọng chuyên chở Q= 2500 kG ................................ 62 Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạcvisỹ kỹ thuật……………….. ………………………vi MỞ ĐẦU Nước ta rừng tự nhiên ngày càng cạn kiệt gây ảnh hưởng xấu tới môi trường sinh thái, tới sản xuất và đời sống con người. Trước thực trạng đó để bảo vệ diện tích rừng tự nhiên còn lại Chính phủ đã ra lệnh từng bước đóng cửa rừng tự nhiên để bảo vệ môi trường sinh thái đồng thời đẩy mạnh trồng rừng, bằng cách giao đất rừng đến từng hộ gia đình, tăng cường sử dụng gỗ rừng trồng thay thế dần gỗ rừng tự nhiên. Do vậy trên cả nước đã hình thành nhiều vùng chuyên canh cây lâm nghiệp với quy mô lớn như các vùng chuyên canh gỗ trụ mỏ và vùng chuyên canh gỗ nguyên liệu giấy với diện tích khai thác hàng ngàn ha mỗi năm để cung cấp gỗ cho các ngành công nghiệp giấy, khai thác than, chế biến gỗ và các nhu cầu khác của nền kinh tế quốc dân. Từ trước tới nay, máy móc thiết bị dùng trong khai thác rừng ở nước ta phần lớn là do viện trợ hoặc nhập từ nước ngoài và chủ yếu là máy móc thiết bị khai thác gỗ lớn của rừng tự nhiên vì thế khi chuyển sang khai thác gỗ rừng trồng với kích thước cây gỗ nhỏ chúng không còn phù hợp. Mặt khác việc sử dụng các thiết bị ngoại nhập bộc lộ nhiều nhược điểm không phù hợp với điều kiện nước ta: rừng chủ yếu phân bố trên địa hình phức tạp có độ dốc lớn; quy mô sản xuất nhỏ, vốn đầu tư thấp; cơ sở hạ tầng kỹ thuật yếu kém và không đồng bộ nên hiệu quả kinh tế thấp. Đặc biệt từ khi nền kinh tế nước ta chuyển sang hoạt động theo cơ chế thị trường, nguồn viện trợ không hoàn lại của nước ngoài bị cắt giảm, lực lượng lao động thủ công dư thừa, giá nhân công thấp nên việc sử dụng máy móc thiết bị trong khai thác gỗ ngày càng bị thu hẹp. Thực tế cho thấy việc khai thác gỗ rừng trồng nước ta hiện nay chủ yếu vẫn bằng thủ công, nặng nhọc, năng suất thấp mặc dù so với rừng tự nhiên rừng trồng có nhiều điểm thuận lợi hơn để cơ giới hoá Với chủ trương giao đất, giao rừng và phát triển trang trại quy mô nhỏ như hiện nay ở nước ta cho thấy: để cơ giới hoá các hoạt động sản xuất cần Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc1sỹ kỹ thuật……………….. ………………………1 phải khai thác triệt để năng lực các thiết bị thông dụng sẵn có trong nước, sử dụng chúng một cách tổng hợp theo hướng một thiết bị phải làm được nhiều việc, thực hiện được nhiều nhiệm vụ khác nhau nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng đến mức tối đa. Qua nghiên cứu tài liệu và thực tế sản xuất cho thấy: Các máy kéo nông nghiệp thường làm việc theo thời vụ, khối lượng công việc trong năm phân bố không đều, nhiều thời gian máy không có việc, do đó ở nhiều nước trên thế giới người ta sử dụng máy kéo nông nghiệp vào những hoạt động lâm nghiệp như làm đường, vận xuất, bốc dỡ, vận chuyển,... trong thời gian nông nhàn bằng cách trang bị thêm cho chúng những thiết bị hợp lý mang lại hiệu quả kinh tế cao. Máy kéo SHIBAURA - 3000A do Nhật sản xuất là loại máy kéo có công suất nhỏ, hai cầu chủ động có công dụng chính để thực hiện cơ giới hoá nông nghiệp ở khu vực đồng bằng, rất phù hợp với vốn đầu tư của hộ gia đình, các trang trại có quy mô vừa và nhỏ. Để thực hiện khâu vận chuyển gỗ rừng trồng, đề tài cấp nhà nước KC.07-26 đã lựa chọn loại máy này làm mẫu máy cải tiến để thực hiện cơ giới hoá lâm nghiệp trên vùng đồi dốc đồng thời chế tạo một rơ mooc chuyên dùng RMH - 3000 liên hợp với máy kéo SHIBAURA - 3000A để thực hiện khâu vận chuyển gỗ rừng trồng. Đây là loại rơ mooc một trục chủ động, được dẫn động hệ thống truyền động thuỷ lực từ trục thu công suất của máy kéo. Các kết quả nghiên cứu ban đầu đã khẳng về mặt nguyên lý kết cấu là đáp ứng được yêu cầu nâng cao khả năng kéo của liên hợp máy khi vận chuyển trên các đường xấu, đường có độ dốc lớn và có triển vọng áp dụng vào thực tế sản xuất. Đây là mẫu máy đầu tiên được chế tạo trong nước nên không thể tránh khỏi một số hạn chế nhất định. Do đó đề tài cũng có những kiến nghị tiếp tục chế tạo và thử nghiệm trong sản xuất. Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc2sỹ kỹ thuật……………….. ………………………2 Một trong những định hướng tiếp tục nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu một số tính chất sử dụng như tính năng động lực học và tính năng kéo để làm cơ sở lựa chọn chế độ sử dụng hợp lý trong các điều kiện sử dụng khác nhau. Trên cơ sở đó có thể rút ra những kết luận bổ sung cho các phương án thiết kế hợp lý hơn. Với mục đích trên, tôi lựa chọn đề tài luận văn: "Nghiên cứu khả năng kéo của liên hợp máy kéo SHIBAURA-3000A với rơ mooc một cầu truyền động thuỷ lực". Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc3sỹ kỹ thuật……………….. ………………………3 Chương 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1. VẤN ĐỀ CƠ GIỚI HOÁ KHÂU VẬN CHUYỂN TRONG LÂM NGHIỆP Đặt vấn đề Cơ giới hoá lâm nghiệp là việc ứng dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật vào trong hoạt động sản xuất lâm nghiệp. Đó là sự thay thế sức lao động của con người bằng máy móc để thực hiện các công việc từ khâu trồng đến khai thác rừng, giúp con người giảm bớt sức lao động trong các công việc nặng nhọc, nguy hiểm từ đó giảm bớt thời gian lao động và áp lực công việc, góp phần tăng năng suất và hiệu quả trong sản xuất. Vận xuất gỗ là quá trình di chuyển cây gỗ hay các khúc gỗ từ nơi khai thác về tập trung ở bến bãi để cho các phương tiện vận chuyển. Đây là khâu khó khăn, nặng nhọc và phức tạp nhất trong toàn bộ quá trình khai thác, do khối lượng hàng hoá cần vận chuyển nhiều, kích thước lớn, điều kiện địa hình, đường sá đi lại khó khăn. Chính vì đặc điểm và tầm quan trọng như vậy nên đã có nhiều nghiên cứu về công nghệ và máy móc, thiết bị tập trung vào khâu sản xuất này. Hiện nay trong ngành công nghiệp khai thác gỗ tuỳ theo đặc điểm địa hình, điều kiện kinh tế và trình độ khoa học của từng nước, từng vùng mà sử dụng nhiều hình thức công nghệ khai thác khác nhau. Các nước công nghiệp phát triển thường áp dụng công nghệ và thiết bị hiện đại để cơ giới hoá khâu vận xuất, bốc dỡ và vận chuyển gỗ ở những vùng khai thác gỗ tập trung và có sản lượng cao. Còn các nước đang phát triển thường áp dụng công nghệ cổ điển hoặc trung bình để khai thác và vận chuyển gỗ. Tuỳ theo từng điều kiện địa hình, loại cây lâm nghiệp cụ thể và khả năng thiết bị cho phép của từng nước, vùng mà mỗi nước, mỗi vùng lựa Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc4sỹ kỹ thuật……………….. ………………………4 chọn các công nghệ, phương tiện vận xuất cho phù hợp. Tuy nhiên theo một số các nghiên cứu gần đây sử dụng máy kéo để thu gom và vận chuyển gỗ đem lại hiệu quả cao, đảm bảo môi trường sinh thái, phù hợp với địa hình và hoàn cảnh kinh tế xã hội của nhiều nước [22]. 1.1.1. Sử dụng máy kéo trong vận xuất gỗ và xu hướng cải tiến máy kéo nông nghiệp để vận xuất gỗ trên thế giới Tại nhiều nước trên thế giới máy kéo đã được sử dụng rộng rãi trong hoạt động khai thác rừng. Các máy kéo dùng trong vận xuất gỗ rất đa dạng, song có thể phân chia thành 2 nhóm chính: Máy kéo bánh xích và máy kéo bánh hơi. Máy kéo bánh xích: do khả năng bám tốt nên đây là loại thiết bị được sử dụng đầu tiên vào việc vận xuất gỗ rừng. Các nước Liên Xô, Na Uy, Thuỵ Điển, Phần Lan, Canada ... đã chế tạo một số loại máy kéo xích chuyên dùng trong lâm nghiệp như TDT 55, TT4, L100... Sử dụng máy kéo xích trong vận chuyển có nhiều ưu thế, đặc biệt ở những nơi có địa hình dốc, trơn lầy, khả năng bám thấp. Tuy nhiên máy kéo xích cũng có những hạn chế như tốc độ chuyển động chậm, bộ phận di động gây cày xới lớp đất mặt nhiều gây xói mòn trong mùa mưa, phá hoại thảm thực vật rừng, năng suất thấp. Do vậy các máy kéo này chỉ phát huy tốt ở cự ly làm việc ngắn với cây gỗ có kích thước lớn. Do những hạn chế đó mà hiện nay nhiều nước trên thế giới có xu hướng thay dần máy kéo bánh xích bằng máy kéo bánh hơi để vận xuất gỗ. Các loại máy kéo bánh hơi có những ưu điểm nổi trội so với máy kéo bánh xích cùng loại như: chúng có khối lượng nhỏ, chi phí nhiên liệu cho 1m3 gỗ thấp, tuổi thọ bộ phận di động cao, yêu cầu chi phí sử dụng thấp. Máy kéo bánh hơi có tốc độ lớn hơn, do vậy năng suất cao. Ngoài ra máy kéo bánh hơi còn ít làm hư hại đến rừng và cây con hơn máy kéo xích. Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc5sỹ kỹ thuật……………….. ………………………5 Các máy kéo bánh hơi vận xuất gỗ, theo chức năng có thể phân ra làm hai loại: Máy kéo lâm nghiệp chuyên dùng và máy kéo nông nghiệp được cải tiến để vận xuất gỗ. Các máy kéo lâm nghiệp chuyên dùng thường có công suất lớn, tính ổn định, khả năng kéo bám và tính cơ động cao, làm việc tin cậy, cho năng suất cao rất phù hợp với các nước có nền công nghiệp khai thác gỗ phát triển và quy mô sản xuất lớn. Tuy nhiên giá thành của các loại máy này cao và để có thể phát huy được hết khả năng làm việc của máy đòi hỏi phải có cơ sở hạ tầng và dịch vụ kỹ thuật tốt. Qua số liệu thống kê của các nước đang phát triển có sử dụng các loại máy kéo lâm nghiệp cho thấy, nếu sử dụng các loại máy kéo có công suất cỡ trung bình trở lên để khai thác gỗ thì quy mô khai thác phải đạt tối thiểu 500.000m3/ năm và phải tổ chức làm việc 2÷3 ca/ ngày thì mới đảm bảo khấu hao được thiết bị và mang lại hiệu quả kinh tế. Hướng đi này rất phù hợp với các nhà máy và lâm trường có quy mô sản xuất lớn với diện tích vùng rừng chuyên canh thích hợp, địa hình thuận lợi cho việc khai thác và vận chuyển. Tuy nhiên do phải đầu tư lớn, hơn nữa máy kéo chỉ làm việc khi đến mùa khai thác, còn lại thì gần như không hoạt động do vậy thời gian khấu hao thiết bị kéo dài, lâu thu hồi vốn. Để nâng cao hiệu quả vốn đầu tư, nâng cao hiệu quả sử dụng, khai thác và phát huy tối đa năng lực của máy móc thiết bị, tạo thêm việc làm và thu nhập cho người lao động, xu hướng chung của nhiều nước trên thế giới là trang bị cho máy kéo nông nghiệp các thiết bị chuyên dùng để đưa chúng vào phục vụ cho sản xuất. Ở Phần Lan, việc sử dụng máy kéo nông nghiệp để cơ giới hoá khâu vận xuất gỗ đã được bắt đầu từ những năm 50 rồi từ đó số lượng máy kéo nông nghiệp dùng trong khai thác gỗ không ngừng tăng lên và đạt kỷ lục vào những năm 80. Theo số lượng thống kê [19], [23]. Trong những năm 80, mỗi Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc6sỹ kỹ thuật……………….. ………………………6 mùa khai thác có từ 80.000 đến 100.000 máy kéo nông nghiệp đã được sử dụng để vận xuất gỗ. Tính riêng mùa khai thác 1982 - 1983 có tới 82% lượng gỗ khai thác được kéo ra bằng máy kéo nông nghiệp. Trong những năm gần đây, nhờ những tiến bộ kỹ thuật và sự tăng trưởng về kinh tế nhiều máy kéo lâm nghiệp chuyên dùng hiện đại đã được đưa vào sử dụng nhưng việc sử dụng máy kéo nông nghiệp trong khai thác rừng ở Phần Lan vẫn chiếm tỷ trọng đáng kể. Ở Na Uy sản lượng gỗ khai thác hàng năm là 8 đến 9 triệu m3, trong số này một tỷ lệ lớn được vận xuất, vận chuyển bằng máy kéo nông nghiệp: Năm 1978 khoảng 52%, năm 1987 tỷ lệ này là 45%. Hàng năm theo thống kê có khoảng 30.000 đến 35.000 máy kéo nông nghiệp được sử dụng thường xuyên trong khai thác gỗ [20] Tình hình sử dụng máy kéo nông nghiệp trong khai thác gỗ ở Thuỵ Điển cũng diễn ra tương tự như ở Phần Lan và Na Uy. Còn ở Pháp, Italia, Canađa, Australia, Newzeland... cũng sử dụng khá rộng rãi nhất là trong các trang trại có quy mô vừa và nhỏ. Ở Pháp các trang trại vừa và nhỏ việc vận chuyển gỗ bằng máy kéo nông nghiệp chiếm khoảng 45% sản lượng gỗ khai thác hàng năm [20]. Trong khi máy kéo nông nghiệp được nghiên cứu kỹ và sử dụng rộng rãi trong lâm nghiệp ở các nước phát triển thì trái lại ở hầu hết các nước đang phát triển, lĩnh vực này còn ít được quan tâm. Sử dụng máy kéo nông nghiệp để vận xuất gỗ rất có hiệu quả đối với vùng nông thôn vì vốn đầu tư, chi phí vận hành thấp hơn, phụ tùng thay thế sẵn có và rẻ hơn nhiều so với máy kéo lâm nghiệp chuyên dùng. Ngoài ra người ta còn có thể mua máy kéo nông nghiệp cũ với vốn đầu tư thấp rồi cải tiến thành máy vận xuất gỗ. Qua nghiên cứu của tổ chức Nông nghiệp và lương thực thế giới (FAO) và các chương trình đào tạo lâm nghiệp (FTP) của Phần Lan cho thấy: công Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc7sỹ kỹ thuật……………….. ………………………7 nghệ trung bình với thiết bị cơ bản là máy kéo nông nghiệp thường tỏ ra thích hợp với các nước đang phát triển [20]. Để khuyến nghị và đẩy mạnh việc sử dụng máy kéo nông nghiệp trong các hoạt động lâm nghiệp ở các nước đang phát triển, FAO đã chỉ đạo thực hiện hàng loạt các nghiên cứu chuyên đề ở các vùng khác nhau trên thế giới về lĩnh vực sử dụng máy kéo nông nghiệp trong khai thác gỗ rừng trồng. Năm 1986, tại TanZania tổ chức FAO được sự giúp đỡ của Chính phủ Phần Lan đã thực hiện đề tài nghiên cứu sử dụng máy kéo nông nghiệp có trang bị tời kéo gỗ. Máy kéo nông nghiệp được chọn là máy kéo Valmet với công suất tối đa 500 kw, công suất trục thu công suất là 42 kw tương ứng với số vòng quay 540 v/ph được trang bị tời trống để thu gom gỗ. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài này là xác định tính phù hợp của máy kéo nông nghiệp khi làm việc trong rừng, xác định năng suất và giá thành vận xuất gỗ của thiết bị. Kết quả nghiên cứu của đề tài chỉ ra rằng: máy kéo nông nghiệp được cải tiến này có thể làm việc tốt ở điều kiện rừng tương đối bằng phẳng. Năm 1988, FAO với sự giúp đỡ của Chính phủ Phần Lan đã thực hiện tiếp một đề tài nghiên cứu với tiêu đề: "Kết hợp khai thác rừng quy mô nhỏ với chế biến gỗ" tại Zimbabuwe. Thiết bị được chọn trong khâu vận xuất gỗ là máy kéo nông nghiệp được trang bị tời gom gỗ. Kết quả nghiên cứu cũng khẳng định máy kéo nông nghiệp làm việc tốt, đáp ứng được các công việc trong rừng. Ngoài những nghiên cứu xác định chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của máy kéo nông nghiệp dùng trong vận xuất gỗ, còn có nhiều công trình của các nhà khoa học đi sâu vào nghiên cứu lý thuyết về tải trọng tĩnh, tải trọng động, tính chất động lực học của máy kéo nông nghiệp khi vận xuất gỗ như nghiên cứu và phân tích sự tác động của máy kéo với đất, sự tác động của các loại tải trọng khác nhau khi máy kéo làm việc trên địa hình phức tạp của đồi rừng do Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc8sỹ kỹ thuật……………….. ………………………8 nhà khoa học Liên Xô Oclop cùng các đồng nghiệp tiến hành từ đó các tác giả đã đưa ra cơ sở lý thuyết cho việc bố trí các chi tiết và thiết bị công tác trên máy kéo lâm nghiệp. Công trình nghiên cứu của M.G. Liu chen cô (1967) và Trần Công Hoan về tính ổn định dọc và ngang của máy kéo bánh hơi khung cứng với thiết bị tời cáp nhằm rút ra phương pháp xác định khả năng ổn định, đảm bảo an toàn cho các máy kéo bánh hơi khung cứng khi làm việc ở địa hình phức tạp... Các công trình này là cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu cải tiến và hoàn thiện hơn các thiết bị chuyên dùng khi vận xuất gỗ đồng thời đưa ra chế độ sử dụng tối ưu cho máy đạt hiệu quả kinh tế cao hơn. Nói tóm lại: Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về máy kéo lâm nghiệp được công bố, nhiều vấn đề về động học và động lực học máy kéo lâm nghiệp đã được giải quyết khá hoàn chỉnh, trên cơ sở đó đã chế tạo ra được các mẫu máy kéo lâm nghiệp ngày càng hoàn thiện. Tuy nhiên các máy kéo lâm nghiệp chỉ tỏ ra có hiệu quả, thích hợp đối với các nước có nền kinh tế phát triển và quy mô khai thác lớn, trong khi đó máy kéo nông nghiệp lại thích hợp với quy mô khai thác nhỏ. Các nghiên cứu về sử dụng máy kéo nông nghiệp trong các hoạt động khai thác gỗ được công bố phần lớn là các nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kinh tế khi sử dụng, còn ít các nghiên cứu lý thuyết về trang thiết bị lâm nghiệp kèm theo máy kéo nông nghiệp cũng như xác định các giới hạn đảm bảo an toàn và nâng cao hiệu quả sử dụng cho liên hợp máy ở điều kiện sử dụng mới. 1.1.2. Các nghiên cứu cải tiến máy kéo nông nghiệp sử dụng vận xuất gỗ ở Việt Nam 1.1.2.1. Các thiết bị vận xuất gỗ trong nước Vận chuyển trong sản xuất lâm nghiệp có thể được chia làm hai công đoạn: Vận chuyển từ nơi khai thác đến các bãi tập kết hoặc kho chứa và vận Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc9sỹ kỹ thuật……………….. ………………………9 chuyển từ các kho chứa đến nơi tiêu thụ. Ở nước ta quá trình vận chuyển gỗ và các sản phẩm lâm nghiệp có một số đặc điểm sau: - Việc vận chuyển từ các kho bãi đến nơi tiêu thụ không gặp nhiều khó khăn vì đã có mạng lưới các tuyến đường dùng cho ô tô, máy kéo vận chuyển các lâm sản được xây dựng và bố trí rải rác từ các khu vực khai thác lớn đến nơi tiêu thụ theo tiêu chuẩn đường lâm nghiệp. - Việc vận chuyển gỗ từ nơi khai thác đến các điểm tập kết hoặc các kho bãi gần trục đường giao thông là công đoạn khó khăn nhất. Các con đường từ nơi khai thác đến các điểm tập trung này thường là các con đường mòn rất hẹp, hoặc là các con đường tự tạo khi khai thác. Chúng có nền yếu, bề mặt gồ ghề, hiểm trở, nhiều dốc, nhiều khúc cua gấp... Hơn nữa, do điều kiện khí hậu nhiệt đới ở nước ta, mưa nhiều làm cho các con đường này bị trơn trượt, lầy lội. Đây là các nguyên nhân làm cho việc vận chuyển gặp rất nhiều khó khăn, không phù hợp để sử dụng các loại ô tô và các phương tiện vận chuyển có tải trọng, bề rộng thân xe lớn và khả năng bám không tốt. Để thực hiện khâu vận chuyển này đã có rất nhiều các loại ô tô với công suất lớn nhỏ khác nhau được đưa vào sử dụng. Tuy nhiên các phương tiện này thường được thiết kế để vận chuyển trên các con đường tương đối bằng phẳng, kích thước của chúng cũng tương đối lớn, giá thành cao nên giá thành vận chuyển cao. Khi đưa vào hoạt động trong điều kiện địa hình phức tạp thì chúng lại không phát huy được hiệu quả và có nhiều trường hợp không làm việc được. Ngoài ra thì một số loại xe công nông được thiết kế gồm một động cơ Diesel với công suất phù hợp kết hợp với thùng chứa hàng cũng đã được sử dụng để vận chuyển trong lâm nghiệp. Các loại xe này có khả năng kéo bám không tốt vì trọng lượng bám là trọng lượng của động cơ, hơn nữa cơ cấu lái cũng rất đơn giản và có độ an toàn không cao nên ngày nay chúng cũng ít được sử dụng. Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc10 sỹ kỹ thuật……………….. ………………………10 Do máy kéo có nhiều đặc điểm phù hợp với điều kiện sản xuất trong lâm nghiệp như: khả năng di chuyển linh hoạt, khả năng kéo bám tốt, dải tốc độ thay đổi trong phạm vi lớn... nên các liên hợp máy vận chuyển với nguồn động lực là các loại máy kéo chuyên dùng liên hợp với thiết bị là rơ mooc kéo theo được sử dụng khá phổ biến. Với các liên hợp máy này, thông thường lực kéo chủ động là lực kéo bám của máy kéo nên với điều kiện làm việc khó khăn của vùng rừng núi như khi di chuyển vào đoạn đường có nền yếu hoặc khi gặp các trở ngại cục bộ là các mô đất hay các dốc nhỏ dễ làm cho liên hợp máy bị quá tải hoặc bị trượt. Trong khi đó khối lượng hàng hoá vận chuyển được xếp chủ yếu lên rơ mooc do đó để tăng trọng lượng bám cho liên hợp máy thì rơ mooc nên được thiết kế là rơ mooc chủ động để trợ giúp cho liên hợp máy trong trường hợp máy kéo không đủ bám. Do rơ mooc và máy kéo được liên kết với nhau tại móc nên trong quá trình làm việc chúng có sự chuyển động tương đối với nhau khá lớn đặc biệt khi đi vào các đoạn đường gập ghềnh hoặc khi quay vòng nên sử dụng truyền động cơ học cho liên hợp máy trong trường hợp này là không phù hợp vì sự chuyển động tương đối với nhau khá lớn như vậy có thể dẫn đến sự phá huỷ hệ thống truyền động cơ học. Hệ thống truyền động thuỷ lực với đường truyền lực là các ống mềm đã khắc phục được những hạn chế này của hệ thống truyền động cơ học do đó hiện nay truyền động thuỷ lực đang được ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực sản xuất hiện nay. 1.1.2.2. Các nghiên cứu cải tiến máy kéo vận xuất gỗ tại Việt Nam Hiện nay do tính chất mở của nền kinh tế chế thị trường ở Việt Nam , nên các máy móc, thiết bị hiện đại phục vụ cơ giới hoá nông lâm nghiệp được nhập khẩu ngày càng đa dạng về chủng loại, mã hiệu và các tính năng kỹ thuật. Nhưng trong khai thác gỗ, các thiết bị chuyên dụng ngoại nhập lại bộc lộ nhiều nhược điểm không phù hợp với điều kiện rừng, điều kiện tự nhiên, Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc11 sỹ kỹ thuật……………….. ………………………11 điều kiện kinh tế - xã hội như: giá thiết bị quá cao, đòi hỏi vốn đầu tư lớn, điều này thường vượt quá khả năng tài chính của các doanh nghiệp và trang trại tư nhân nên nhiều đơn vị không dám đầu tư mua hoặc thuê máy dù biết máy có khả năng làm việc tốt. Mặt khác do tính đặc chủng của thiết bị chuyên dụng nên phụ tùng thay thế rất đắt tiền lại khan hiếm gây khó khăn cho việc bảo dưỡng, sửa chữa máy thậm chí nhiều thiết bị không hoạt động được do không có phụ tùng thay thế. Hơn nữa trong giai đoạn 1995 - 2000 và những năm đầu thế kỷ XXI với chủ trương giao đất, giao rừng, phát triển kinh tế trang trại quy mô nhỏ, phương thức sản xuất nông - lâm kết hợp đang tỏ ra có hiệu quả về nhiều mặt ở các vùng nông thôn, trung du và miền núi cho nên những thiết bị chuyên dùng đắt tiền sẽ không thích hợp với quy mô sản xuất này. Do những hạn chế trên của các thiết bị ngoại nhập, trong khi nền công nghiệp cơ khí nước ta chưa đủ khả năng thiết kế, chế tạo các máy móc thiết bị đáp ứng yêu cầu của công nghiệp khai thác gỗ thì một trong những hướng nghiên cứu công nghệ và thiết bị khai thác đang được tiến hành là lựa chọn hoặc thiết kế, cải tiến các thiết bị ngoại nhập cho phù hợp với điều kiện Việt Nam. Vào những năm 70, trên cơ sở máy kéo nông nghiệp Zetor 1135 trường Đại học Lâm nghiệp đã nghiên cứu cải tiến thiết bị vận xuất gỗ theo kiểu lái khung gập và có trang bị tời gom gỗ [17]. Thiết bị đã được thiết kế chế tạo và đưa vào khảo nghiệm sản xuất cho hiệu quả cao trong khai thác rừng tự nhiên.Tuy nhiên với yêu cầu sử dụng tổng hợp, một thiết bị phải làm được nhiều việc thích ứng với quy mô kinh tế trang trại và cơ chế hoạch toán kinh doanh như hiện nay thì thiết bị này không phù hợp Nhằm nâng cao năng lực của thiết bị, vào cuối những năm 80 viện Công nghiệp rừng đã nghiên cứu lắp đặt thêm cho máy kéo vận xuất gỗ LTK80 tay bốc thuỷ lực và sơ mi rơ mooc để tự bốc và vận chuyển gỗ. LTK-80 là máy kéo lâm nghiệp chuyên dùng nên nó có sức vượt và tính cơ động cao, Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc12 sỹ kỹ thuật……………….. ………………………12 năng suất cao. Song nó chỉ thích hợp với quy mô khai thác lớn vì giá máy cao, đầu tư lớn. Như đã nói trên, trước đây công nghiệp khai thác gỗ nước ta chủ yếu tập trung vào đối tượng rừng tự nhiên nên việc nghiên cứu công nghệ, tuyển chọn, thiết kế máy móc thiết bị chuyên dùng trong khai thác gỗ rừng trồng chưa được đặt ra và thực tế vấn đề này mới chỉ được bắt đầu vài năm gần đây, nhất là từ khi thực hiên chủ trương của nhà nước về hạn chế khai thác rừng tự nhiên, tăng cường sử dụng gỗ rừng trồng trong các ngành kinh tế quốc dân. Vào cuối những năm 80 viện Khoa học Lâm nghiệp đã thiết kế, chế tạo thử nghiệm rơ mooc chuyên dùng được trang bị tời cáp để bốc gỗ nhỏ theo phương án bốc dọc, động lực là máy kéo nông nghiệp nhãn hiệu Retor nhưng chưa đi đến kết quả cuối cùng Năm 1991, phòng Cơ giới Lâm nghiệp, viện Khoa học Lâm nghiệp đã đề xuất phương án gom gỗ nguyên liệu giấy bằng đường cáp lưu động với công nghệ kéo căng, thả chùng [18]. Phương án này có ưu điểm là kết cấu đơn giản, nhỏ gọn, cơ động, chi phí ban đầu không lớn, bảo vệ được đất rừng song do công suất nguồn động lực nhỏ nên tải trọng mỗi chuyến rất hạn chế (khoảng 70 kg), khả năng áp dụng không cao. Nhằm mở rộng phạm vi sử dụng đồng thời tăng hiệu quả khai thác của thiết bị phục vụ cơ giới hoá lâm nghiệp, năm 2005 bộ môn Động Lực, khoa Cơ Điện, trường Đại học Nông nghiệp I đã thực hiện đề tài " Nghiên cứu lựa chọn công nghệ và hệ thống thiết bị cơ giới hoá các khâu làm đất, trồng, chăm sóc rừng trồng và khai thác gỗ" mã số KC_07_26 do PGS.TS Nông Văn Vìn chủ trì. Trong đó đề mục "Nghiên cứu cải tiến máy kéo nông nghiệp để làm việc trên đất dốc lâm nghiệp" mã số KC_26_01 đã nghiên cứu và tiến cải tiến máy kéo nông nghiệp Shibaura_3000A đảm bảo được khả năng kéo bám, tính an toàn chuyển động khi làm việc trên dốc, đồng thời hoàn thành việc thiết kế, Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc13 sỹ kỹ thuật……………….. ………………………13