Mô phỏng động và khảo sát độ bền của tay thủy lực bốc dỡ gỗ lắp trên máy kéo shibaura SD 2843

Ý nghĩa khoa học của đề tài Chuyển bản vẽ thiết kế tay thuỷ lực bốc dỡ gỗ lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843 từ bản vẽ Autocad 2D sang mô hình 3D bằng Solid works: Ứng dụng Cosmos Motion

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

-

ĐÀO THỊ THU HIỀN

MÔ PHỎNG ĐỘNG VÀ KHẢO SÁT ĐỘ BỀN CỦA TAY THUỶ LỰC

BỐC DỠ GỖ LẮP TRÊN MÁY KÉO SHIBAURA SD 2843

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí

Mã số: 60.52.01.03

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS NGUYỄN NHẬT CHIÊU

Hà Nội, 2013

i

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp cao học, tôi đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của nhiều tập thể và cá nhân Nhân dịp hoàn thành luận văn cho phép tôi được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu

sắc tới thầy giáo hướng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu đã dành

nhiều thời gian chỉ bảo tận tình và cung cấp nhiều tài liệu có giá trị cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp của mình

Tôi chân trọng cảm ơn Ban giám hiệu cùng cán bộ giáo viên, công

nhân viên chức Trường Đại học Lâm Nghiệp, Khoa Cơ điện và công trình

và các thầy cô giáo, các nhà khoa học ngoài trường đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành nhiệm vụ;

Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, các phòng ban cùng cán bộ giáo

viên, công nhân viên chức Trường Cao đẳng nghề Cơ Điện Tây Bắc đã

động viên và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này;

Cuối cùng, tôi xin được lòng biết ơn sâu sắc đến Bố, Mẹ, Chồng cùng

gia đình đã thường xuyên quan tâm, động viên, tạo mọi điều kiện tốt nhất về tinh thần cũng như vật chất cho tôi trong suốt thời gian vừa qua

Tôi xin cam đoan số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác Những nội dung tham khảo, trích dẫn trong luận văn đều đã đựơc ghi rõ nguồn gốc

Xin chân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày 19 tháng 4 năm 2013

Tác giả

Đào Thị Thu Hiền

ii

MỤC LỤC

Trang Trang phụ bìa

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CÁC HÌNH iv

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tổng quan về công nghệ khai thác gỗ và việc sử dụng tay bốc thuỷ lực 3

1.1.1 Tổng quan về công nghệ khai thác gỗ rừng trồng 3

1.1.2 Tình hình ứng dụng tay bốc thuỷ lực trong công nghệ khai thác gỗ ở một số nước trên thế giới 4

1.1.3 Tình hình ứng dụng tay bốc thuỷ lực trong công nghệ khai thác gỗ ở Việt Nam 5

1.2 Tình hình nghiên cứu về tay thuỷ lực 8

1.2.1 Tình hình nghiên cứu về tay thuỷ lực trên thế giới 8

1.2.2 Tình hình nghiên cứu về tay thuỷ lực ở Việt Nam 10

1.3.Các phần mềm ứng dụng trong thiết kế, mô phỏng máy 14

Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG 22

VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22

2.1 Mục tiêu nghiên cứu 22

2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 22

2.2.1 Đối tượng nghiên cứu 22

2.2.2 Phạm vi nghiên cứu 24

2.3 Nội dung nghiên cứu 24

2.4 Phương pháp nghiên cứu 24

iii

Chương 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH 3D CỦA TAY THUỶ LỰC BỐC

DỠ GỖ 26

3.1 Xây dựng mô hình 3D của tay thuỷ lực lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843 26

3.1.1 Xây dựng mô hình 3D các chi tiết của tay bốc thuỷ lực 26

3.1.2 Xây dựng mô hình 3D toàn bộ kết cấu tay thuỷ lực 41

3.2 Mô phỏng động tay thuỷ lực lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843 42

3.2.1 Mô phỏng tháo, lắp tay thuỷ lực bốc dỡ gỗ 42

3.2.2 Mô phỏng động tay thuỷ lực bốc dỡ gỗ 45

Chương 4 KHẢO SÁT ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG CỦA MỘT SỐ CHI TIẾT CỦA TAY THUỶ LỰC Error! Bookmark not defined 4.1 Cơ sở khảo sát ứng suất, biến dạng tay thuỷ lực Error! Bookmark not defined

4.2 Khảo sát ứng suất biến dạng một số chi thiết chính của tay thuỷ lực Error! Bookmark not defined

4.2.1 Khảo sát ứng suất và biến dạng cẳng tay của tay thuỷ lực Error!

Bookmark not defined

4.2.2 Khảo sát ứng suất và biến dạng cánh tay của tay thuỷ lực Error!

Bookmark not defined

4.2.3 Khảo sát ứng suất và biến dạng trụ quay của tay thuỷ lực Error!

Bookmark not defined

Chương 5 SO SÁNH KẾT QUẢ KHẢO SÁT VỚI KẾT QUẢ

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM Error! Bookmark not defined 5.1 Những kết quả nghiên cứu thực nghiệm đã được tiến hành Error! Bookmark not defined

5.2 So sánh kết quả khảo sát với kết quả nghiên cứu thực nghiệm Error! Bookmark not defined

3.1 Bản vẽ 2D của TTL lắp sau máy kéo Shibaura3 27 3.2 Cấu trúc phân mảnh của cẳng tay thuỷ lực 29

3.4 Cấu trúc phân mảnh của cánh tay thuỷ lực 31

3.14 Tay thuỷ lực lắp sau máy kéo Shibaura 42

3.16 Mô phỏng tháo các bộ phận tay thuỷ lực 44 3.17 Mô hình TTL trong CosmosMotion sau khi tiến hành đầy đủ

4.12 Kết quả mô phỏng ứng suất và biến dạng của trụ quay TTL

trong trường hợp III

66

5.1 Bố trí cảm biến đo lực tác dụng lên đầu cần của TTL 67

5.4 Kết quả đo lực đầu cần khi TTL bắt đầu nâng tải 70 5.5 Kết quả đo biến dạng cẳng tay khi TTL bắt đầu nâng tải 70 5.6 Kết quả đo biến dạng trụ quay khi TTL bắt đầu nâng tải 70

ĐẶT VẤN ĐỀ

Khai thác rừng là một công việc rất nặng nhọc, từ khâu chặt hạ cho đến vận xuất, vận chuyển,… vì vậy việc đưa các loại máy móc hiện đại vào để cơ giới hoá các khâu này là rất quan trọng Đặc biệt khâu bốc dỡ gỗ cho các phương tiện vận chuyển là khâu công việc rất nặng nhọc, chi phí rất nhiều công lao động

Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, năm 2005 đề tài nhánh cấp nhà nước

KC - 07 - 26 - 05 đã thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm trong sản xuất tay thuỷ lực bốc dỡ gỗ lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843

Sau khi thiết kế, các bản vẽ thiết kế là các bản vẽ AutoCad 2D nên gặp rất nhiều khó khăn trong việc chế tạo và chuyển giao công nghệ Trong quá trình chế tạo và lắp ráp sẽ cần rất nhiều công trong việc giám sát và hướng dẫn công nhân Sau đó khi chuyển giao công nghệ và đưa vào thực tế sử dụng cũng cần phải mất rất nhiều thời gian và công để có thể hướng dẫn cho công nhân về cấu tạo và nguyên lý hoạt động, tháo, lắp, sử dụng và sửa chữa Mặt khác, đề tài đã tính toán thiết kế các kết cấu của tay thuỷ lực theo phương pháp sức bền vật liệu với việc chọn các hệ số an toàn cao mà chưa nghiên cứu sâu về động lực học dẫn đến còn một số chi tiết thừa bền

Để khắc phục những nhược điểm còn tồn tại như trên đề tài cần phải có các bản vẽ 3D dễ hiểu, có thể trình diễn việc tháo lắp và mô phỏng chuyển động, đồng thời có thể phân tích ứng suất, biến dạng của các chi tiết phục vụ cho việc chế tạo, chuyển giao công nghệ và hoàn thiện thêm thiết kế phục vụ sản xuất

Xuất phát từ những lý do trên, tôi chọn đề tài “Mô phỏng động và khảo sát độ bền của tay thuỷ lực bốc dỡ gỗ lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843” làm đề tài nghiên cứu của mình

Ý nghĩa khoa học của đề tài

Chuyển bản vẽ thiết kế tay thuỷ lực bốc dỡ gỗ lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843 từ bản vẽ Autocad 2D sang mô hình 3D bằng Solid works: Ứng dụng Cosmos Motion trong việc mô phỏng động, mô phỏng tháo, lắp tay thuỷ lực; Phân tích ứng suất, biến dạng của một số chi tiết của tay thuỷ lực lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Kết quả nghiên cứu phục vụ cho việc chuyển giao công nghệ và hoàn thiện thiết kế cấu trúc cơ khí của tay thuỷ lực bốc dỡ gỗ lắp trên máy kéo Shibaura

SD 2843 theo hướng giảm trọng lượng, đảm bảo độ bền cho các chi tiết

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về công nghệ khai thác gỗ và việc sử dụng tay bốc thuỷ lực

1.1.1 Tổng quan về công nghệ khai thác gỗ rừng trồng

Trên thế giới, rừng tự nhiên còn rất ít nhưng lại có ý nghĩa to lớn về mặt môi trường, bảo tồn …nên người ta hạn chế khai thác rừng tự nhiên Vì vậy, đối tượng của khai thác gỗ hiện nay chủ yếu là gỗ rừng trồng trong khai thác gỗ rừng trồng người ta thường áp dụng các loại hình công nghệ sau:

Công nghệ khai thác gỗ nguyên cây (full – tree method):

Cây gỗ sau khi hạ được giữ nguyên cành lá rồi được vận xuất ra bãi gỗ Tại bãi gỗ người ta mới tiến hành cắt cành, cắt khúc theo quy cách sản phẩm, bốc lên phương tiện và vận chuyển đến nơi tiêu thụ (hình 1.1.a)

Công nghệ khai thác gỗ dài (tree – length method):

Cây gỗ sau khi hạ được cắt cành, cắt ngọn tại nơi chặt hạ rồi mới vận xuất ra bãi gỗ Tại bãi gỗ chúng được cắt khúc theo quy cách sản phẩm, bốc lên phương tiện và vận chuyển đến nơi tiêu thụ(hình 1.1.b)

Công nghệ khai thác gỗ ngắn (shortwood method):

Trong công nghệ này toàn bộ các thao tác như hạ cây, cắt cành, cắt ngọn và cắt khúc theo quy cách sản phẩm đều được thực hiện tại nơi chặt hạ Sau đó, các khúc gỗ được vận xuất đến các bãi gỗ rồi bốc lên các phương tiện vận chuyển đưa về nơi tiêu thụ (hình 1.1.c)

(a) (b) (c)

Hình 1.1 Công nghệ khai thác gỗ

Việc áp dụng loại hình công nghệ này hay loại hình công nghệ kia cũng như việc lựa chọn một công nghệ thích hợp trong khai thác rừng phụ thuộc vào hàng loạt các yếu tố như: Việc cung cấp nhân lực và tiền công lao động,

cơ sở hạ tầng kỹ thuật, khả năng đầu tư, tính sẵn có của trang thiết bị, máy móc và phụ tùng thay thế, điều kiện rừng, điều kiện kinh tế xã hội và vấn đề bảo vệ môi trường sinh thái ở vùng khai thác

1.1.2 Tình hình ứng dụng tay bốc thuỷ lực trong công nghệ khai thác gỗ ở một số nước trên thế giới

Ở các nước phát triển trên thế giới, tay thuỷ lực (TTL) được ứng dụng rộng rãi trong các liên hợp máy khai thác Đặc biệt đối với các nước phát triển như Phần Lan, Thuỵ Điển, Nga,…và các nước có tài nguyên rừng phong phú như Brazin, Tanzania, Ethiopia, người ta đã thiết kế và chế tạo được nhiều loại tay thuỷ lực sử dụng trong khai thác gỗ làm việc tin cậy với năng suất cao

và có thể vận dụng cho cả ba loại hình công nghệ khai thác gỗ nêu trên

Tay thuỷ lực có thể thực hiện được một hoặc một số khâu công việc trong công nghệ khai thác gỗ Tương ứng với mỗi loại hình công nghệ người

ta có thể tạo ra các TTL có cấu tạo và chức năng phù hợp Ngoài ra người ta còn tạo ra các loại TTL có thể tham gia thực hiện một công việc cụ thể của tất

cả các loại hình công nghệ

Trong công nghệ khai thác gỗ nguyên cây, cây gỗ có thể được hạ bằng

cách cắt gốc hoặc hạ cả gốc Thông thường người ta dùng cưa xăng hạ cây bằng cách cắt gốc và sử dụng liên hợp máy vận xuất gồm TTL có trang bị ngoạm cỡ lớn lắp trên máy kéo để vận xuất gỗ từ nơi chặt hạ ra ngoài bãi gỗ

Trong công nghệ khai thác gỗ dài và gỗ ngắn, TTL được áp dụng trong liên hợp máy chặt hạ - cắt khúc và liên hợp máy bốc dỡ - vận xuất Liên hợp máy chặt

hạ - cắt khúc cấu tạo gồm tay thuỷ lực có trang bị ngoạm lắp trên máy kéo, ngoạm được trang bị bộ phận cắt để thực hiện việc hạ cây, cắt khúc và cắt cành, ngọn (hình 1.2.a,b) Liên hợp máy bốc dỡ - vận xuất có cấu tạo gồm các bộ phận tương tự như TTL ở liên hợp máy chặt hạ - cắt khúc nhưng được trang bị rơ-moóc và ngoạm không được trang bị bộ phận cắt (hình 1.2.c) Ngoài ra TTL của cả hai loại liên hợp máy trên còn có thể thực hiện việc bốc dỡ gỗ cho các phương tiện khác

Hình 1.2 TTL trong công nghệ khai thác gỗ dài và gỗ ngắn

Trong các loại TTL thì TTL trong liên hợp máy bốc dỡ - vận xuất được

sử dụng rộng rãi hơn cả vì có tính cơ động cao Khi trang bị cho liên hợp máy này một ro- moóc thì TTL dùng để tự bốc dỡ và vận xuất gỗ; khi không trang

bị rơ moóc thì TTL được dùng để bốc dỡ gỗ cho các phương tiện khác Vì vậy, liên hợp máy có trang bị TTL loại này có thể sử dụng cho cả ba loại hình công nghệ khai thác gỗ ở trên

1.1.3 Tình hình ứng dụng tay bốc thuỷ lực trong công nghệ khai thác gỗ ở Việt Nam

Ở Việt Nam, loại hình công nghệ khai thác gỗ phổ biến là khai thác gỗ ngắn Gỗ được chặt hạ bằng phương pháp thủ công hoặc cưa xăng và được

vận xuất ra ven đường hoặc bãi bỗ bằng phương pháp thủ công ( vác vai, lao xeo) hoặc trâu kéo Cho đến nay, việc bốc gỗ từ bãi gỗ lên phương tiện vận chuyển, dù là một công việc có tính chất nặng nhọc và nguy hiểm nhưng vẫn chủ yếu được thực hiện bằng phương pháp thủ công

Từ những năm 1990, tại một số tỉnh miền núi phía bắc ( Yên Bái, Tuyên Quang, Hà Giang, Phú Thọ, Vĩnh Phúc,…) là vùng chuyên canh nguyên liệu giấy cho Nhà máy giấy Bãi Bằng, đã được chính phủ Thuỵ Điển tài trợ hàng loạt liên hợp máy bốc dỡ gỗ và rơ – moóc (thường được gọi tắt là Volvo) Ở điều kiện làm việc cho phép thì Volvo là phương tiện đắc lực cho công tác bốc dỡ và vận xuất, nó làm việc tin cậy, cho năng suất cao và điều kiện làm việc của người lao động được đảm bảo

Kể từ khi không được chính phủ Thuỵ Điển tài trợ, theo thời gian, số lượng Volvo giảm dần vì hỏng hóc mà phụ tùng thay thế lại rất khan hiếm Đến nay, chỉ còn một số ít Volvo vẫn hoạt động được Trên hình 1.3 là TTL lắp trên máy kéo Volvo đang thực hiện việc bốc gỗ lên phương tiện vận chuyển tại lâm trường Hàm Yên – Tuyên Quang

Hình 1.3 TTL lắp trên máy kéo Volvo thực hiện việc bốc gỗ

Volvo và một số liên hợp máy sử dụng trong khai thác gỗ hiện có trên thế giới là những thiết bị có khả năng cơ giới hoá cao, dùng để sản xuất với quy

mô lớn nên giá thành của thiết bị rất cao, đòi hỏi vốn đầu tư lớn, điều này không phù hợp với quy mô và khả năng tài chính của các doanh nghiệp trong nước

Với mong muốn tạo ra một thiết bị cơ giới hoá khâu bốc dỡ gỗ thay thế Volvo mà lại phù hợp với điều kiện thực tiễn ở Việt Nam, một trong những nội dung của đề tài nhánh cấp Nhà nước KC 07-26-05 là tính toán thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm thiết bị bốc dỡ - vận xuất gỗ rừng trồng cự ly ngắn Trong đó thiết bị bốc dỡ gỗ là TTL lắp sau máy kéo Shibaura (hình 1.4)

Hình 1.4: TTL lắp sau máy kéo Shibaura

Qua khảo nghiệm cho thấy TTL bốc dỡ gỗ lắp sau máy kéo Shibaura làm việc đạt yêu cầu đặt ra Tuy nhiên, năng suất và tính cơ động của thiết bị chưa thực sự cao Nếu khắc phục được tồn tại này thì đây sẽ là một thiết bị cơ giới hoá bốc dỡ gỗ phù hợp với hoạt động quy mô vừa và nhỏ của các doanh nghiệp, các hộ gia đình; góp phần nâng cao năng suất lao động và cải thiện điều kiện làm việc nặng nhọc cho người lao động

Qua tìm hiểu tình hình ứng dụng TTL trong công nghệ khai thác gỗ cho

thấy: Tay thuỷ lực được sử dụng trong tất cả các loại hình công nghệ khai thác gỗ Ở các nước trên thế giới, người ta đã tính toán thiết kế và chế tạo được nhiều loại TTL làm việc tin cậy với năng suất cao Ở nước ta, cho đến nay, TTL duy nhất sử dụng hiệu quả trong bốc dỡ gỗ là một thiết bị nhập ngoại (TTL lắp trên máy kéo Volvo) nhưng hiện nay thiết bị này còn rất ít và

nó cũng không thực sự phù hợp với thực tiễn Việt Nam Gần đây, các nhà khoa học của chúng ta đã thiết kế và chế tạo thành công TTL bốc dỡ gỗ lắp sau máy kéo Shibaura Tuy nhiên, để tiến tới sản xuất hàng loạt và vận dụng rộng rãi thiết bị này vào thực tiễn sản xuất ta cần thực hiện công tác hoàn thiện thiết kế và đề ra một số chế độ làm việc hợp lý

1.2 Tình hình nghiên cứu về tay thuỷ lực

1.2.1 Tình hình nghiên cứu về tay thuỷ lực trên thế giới

Tay thuỷ lực được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất để bốc dỡ hàng hoá Như đã đề cập ở trên, trong lâm nghiệp TTL được sử dụng rất phổ biến ở các nước có nền kinh tế phát triển và có quy mô sản xuất lớn, còn ở những nước đang hoặc chưa phát triển thì việc áp dụng loại thiết bị này còn rất hạn chế Vì những lý do trên nên phần lớn những nghiên cứu về TTL cũng tập trung ở các nước có nền công nghiệp tiên tiến Tiêu biểu trong lĩnh vực này là những nhà khoa học người Nga (Liên Xô cũ), có thể kể ra một số công trình tiêu biểu như sau:

Tác giả Alecxangdrov V A (người Nga) đã đánh giá về sự chịu tải của máy móc lâm nghiệp ở các quá trình quá độ [27], theo đó tác giả đã nhận định rằng tải trọng động lực học (ĐLH) ảnh hưởng đáng kể đến máy móc thiết bị ở các giai đoạn quá độ như lúc mở máy, phanh hãm, lấy đà,…bằng thực nghiệm trên một số máy khai thác có TTL tác giả thấy rằng khi khối lượng gỗ càng tăng thì hệ số tải trọng ĐLH càng giảm, ngược lại khi vận tốc nâng càng tăng thì hệ số tải trọng ĐLH càng tăng

Cũng tác giả Alecxangdrov V.A trong tài liệu [28] đã nghiên cứu về dao động góc của đầu máy dưới tác động của gió khi bốc dỡ gỗ bằng TTL Qua tính toán tác giả đã rút ra được ảnh hưởng của các yếu tố như tầm vươn của TTL (l1), khoảng cách giữa hai cầu (l2), chiều cao trọng tâm cây gỗ (ht) lực tác dụng của gió đến dịch chuyển góc của đầu máy (φ1)

Trong quá trình nghiên cứu về dao động của máy kéo với TTL, tác giả Alecxangdrov V.A cũng đã kết luận: Bộ phận đàn hồi của cơ cấu ngoạm gỗ

đã được nghiên cứu trong một số tài liệu đã khẳng định rằng việc sử dụng bộ phận nối đàn hồi này thực tế đã làm giảm được tải trọng bổ sung lên tay bốc thuỷ lực và khung của máy kéo, cũng vì thế mà làm giảm được dao động đối với người lái- tính an toàn cao hơn Tuy nhiên, tác giả mới đưa ra mô hình bố trí bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn mà chưa tính toán cụ thể đến các hệ số

độ cứng và hệ số cản giảm chấn của bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn

Năm 1973 tại học viện kỹ thuật Lâm nghiệp Leningrad, nhà khoa học người Nga Liamin I.V đã có công trình nghiên cứu về quá trình gom gỗ khi chặt chọn bằng TTL [29], sau đó hai năm tác giả đã công bố tiếp công trình

“Phân tích lực của TTL máy kéo có kết cấu đặc biệt” [30] Với hai công trình này tác giả đã chọn ra được TTL kiểu mới cho việc gom gỗ trong khai thác chọn và cách phân tích lực cho TTL

Năm 1977, giáo sư Barinop K.N đã “ phân tích quy luật chuyển động của máy lâm nghiệp với TTL khi làm việc” Với kết quả của công trình nghiên cứu này, tác giả đã đưa ra được cơ sở lý thuyết cho việc bố trí các chi tiết và thiết bị công tác trên máy kéo lâm nghiệp

Năm 1978 hai tác giả Venlicôc G.M và Kusliaev V.F đã tiến hành nghiên cứu và đưa ra cơ sở để áp dụng máy khai thác gỗ kiểu tay thuỷ lực ở trên các khu khai thác [31]

Năm 1981 Phó giáo sư Artamônôp Iu.G đã nghiên cứu thiết kế và tính

toán TTL lắp trên máy kéo lâm nghiệp để bốc dỡ gỗ [32] Cũng vào năm này tác giả Kusliaev V.F có nghiên cứu về tổng quan các loại máy khai thác gỗ kiểu TTL [33]

Tầm vươn của TTL ảnh hưởng lớn đến năng suất của máy khai thác, cụ thể vấn đề này đựơc tác giả Mensikop rất quan tâm và đã có kết quả nghiên cứu vào năm 1982 tại Học viện Kỹ thuật Lâm nghiệp Lêningrad [34]

Bằng phương pháp lý thuyết và thực nghiệm, năm 1982 tác giả Antômônốp đã xác định được những thông số cơ bản của hệ thống máy kéo bánh hơi với TTL [35]

Vấn đề ổn định của máy là yếu tố rất quan trọng, nó quyết định tới khả năng làm việc của máy và sự an toàn trong lao động Với những máy có trang

bị TTL thì vấn đề ổn định được nhiều nhà khoa học quan tâm, trong đó có tác giả người Nga Ciunhep V.C với đề tài: “Phương pháp đánh giá ổn định của máy kéo bánh hơi khung gập với TTL” [36]

Tại Học viện kỹ thuật Lâm nghiệp Lêningrad năm 1983, luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Nhật Chiêu đã nghiên cứu tải trọng của máy kéo bánh hơi khung gập với TTL khi gom và vận xuất gỗ trên sườn dốc

Năm 1985, nhà khoa học Nga Picunôp thực hiện nghiên cứu “Sự ảnh hưởng của các thông số động học cơ cấu nâng đến tải trọng của TTL lắp trên máy kéo cỡ lớn dùng trong bốc dỡ gỗ” Đóng góp đáng kể nhất của công trình này là đã tìm ra được một chế độ sử dụng hợp lý cho LHM bốc dỡ gỗ [37]

1.2.2 Tình hình nghiên cứu về tay thuỷ lực ở Việt Nam

Hiện nay, ở Việt Nam TTL được sử dụng có hiệu quả trong bốc dỡ gỗ nhưng chủ yếu là thiết bị nhập ngoại (TTL lắp trên máy kéo Volvo), nhưng hiện nay loại thiết bị này còn rất ít do bị hỏng hóc và thiếu thiết bị thay thế, mặt khác nó cũng không thực sự phù hợp với điều kiện sản xuất thực tiễn ở Việt Nam Chính vì những lý do trên mà hiện nay ở Việt Nam cũng đã có

không ít những đề tài nghiên cứu về TTL như:

Năm 2006, đề tài nhánh cấp nhà nước, mã số: 07-26-05 “Nghiên cứu lựa chọn công nghệ và hệ thống thiết bị để cơ giới hoá khai thác gỗ rừng trồng trên độ dốc 10-200”, do PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu chủ trì cùng một số cán

bộ trong khoa Công Nghiệp – Trường Đại học Lâm Nghiệp đã được thực hiện[2] Một trong những sản phẩm của đề tài là tay bốc thuỷ lực lắp trên máy kéo Shibaura 2843 để bốc dỡ gỗ rừng trồng Mẫu máy này đã được khảo nghiệm và đánh giá là hướng đi rất phù hợp Tuy nhiên đề tài chưa nghiên cứu sâu về động lực học mà nhân với hệ số động theo kinh nghiệm khi tính toán nên các kết cấu kim loại còn nặng có thể do thừa bền dẫn đến giảm tải trọng hữu ích và cũng có thể có những chi tiết chưa đủ bền, đặc biệt khi tay thuỷ lực làm việc ở giai đoạn quá độ (bắt dầu nâng tải, hạ tải và phanh, bắt dầu quay)

Năm 2006, Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Đỗ Ngọc Đức đã nghiên cứu, thiết kế bộ phận tăng ổn định chống lật cho máy kéo Shibaura khi lắp TTL bốc dỡ gỗ[3] Tác giả đã đưa ra kết luận: khi máy kéo chưa lắp thêm hệ thống chân chống

và đối trọng để đảm bảo ổn định chống lật thì TTL chỉ có thể bốc dỡ được tải

trọng tối đa là 1851 N ở tầm vươn tối đa là 3,8m Khi lắp thêm hệ thống chân

chống và đối trọng để nâng cao ổn định chống lật thì TTL bốc được tải trọng tối

đa là 4766,5 N ở tầm vươn tối đa là 3,8m Đồng thời qua tính toán cũng xác định được trọng lượng đối trọng cần lắp thêm là 11000N

Năm 2007, tại trường Đại học Lâm nghiệp, Trần Lý Tưởng bảo vệ thành công luận văn thạc sỹ “Nghiên cứu tải trọng động lực học tác dụng lên TTL lắp sau máy kéo bánh hơi khi bốc dỡ gỗ” [4] Bằng phần mềm Matlab_Simulink tác giả đã xác định được các thông số như: tải trọng động lực học, sự biến dạng của TTL, các lực tác dụng lên các cơ cấu, bộ phận chi tiết của TTL ở 3 giai đoạn làm việc của TTL Mặt khác tác giả đã rút ra được

kết luận: Hệ số tải trọng động lực học tỷ lệ nghịch với khối lượng nâng, độ cứng quy đổi của đầu máy và độ cứng quy đổi giữa gỗ và ngoạm tỷ lệ thuận với độ cứng quy đổi của TTL và vận tốc nâng [19]

Năm 2008, đồ án tốt nghiệp của sinh viên Ngô Việt Phong Trường Đại học Bách khoa Hà Nội “Thiết kế và tính toán tay thuỷ lực bốc xếp gỗ lắp sau máy kéo cỡ nhỏ” [5] Tác giả đã đề xuất được phương án thiết kế xe chuyên dụng bốc dỡ gỗ lấy cơ sở nguồn động lực là máy kéo Shibaura trong nông nghiệp để bốc dỡ gỗ rừng trồng Bằng phần mềm Solidwork và Cosmosmotion, tác giả đã mô phỏng động hoạt động của liên hợp máy tay thuỷ lực lắp trên máy kéo Sibaura

Năm 2008, tại trường Đại học Lâm nghiệp, Lương Ngọc Hoàn bảo vệ thành công luận văn thạc sỹ “Nghiên cứu động lực học của tay thuỷ lực bốc

dỡ gỗ lắp sau máy kéo bánh hơi khi xoay cần” [6] Tác giả đã lập được sơ đồ tính toán động lực học của TTL lắp sau máy kéo Shibaura ở giai đoạn khởi động xoay cần và xác định được đầy đủ các tham số động lực học đặc trưng, làm thông số đầu vào các tính toán tiếp theo Bằng phần mềm Solidwords tác giả đã xác định mômen quán tính và toạ độ trọng tâm của các khối lượng Tác giả cũng đã ứng dụng thành công phần mềm Matlab & Simulink trong việc

mô phỏng các biến dạng tương đối, mômen động và hệ số tải trọng động lực học Thiết lập và giải được các phương trình vi phân mô tả biến dạng tương đối của trụ xoay và của cụm cánh tay – cẳng tay, làm cơ sở cho việc xác định các mômen động tác dụng lên hệ và các hệ số tải trọng động lực hoc Khai thác và sử dụng thành công phần mềm Adams (Phần mềm chuyên dùng trong

mô phỏng động lực học mới được sử dụng ở Việt Nam) để mô phỏng động lực học quá trình xoay của TTL Kêt quả cho thấy, khi TTL xoay đồng thời với nâng – hạ thì các quy luật biến đổi động lực học phức tạp và ở mức lớn hơn so với trường hợp TTL xoay độc lập với nâng – hạ

Năm 2008, tại trường Đại học Lâm nghiệp, Đào Sỹ Tam bảo vệ thành công luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật “Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao khả năng ổn định chống lật của máy kéo Shibaura khi tay thuỷ lực bốc gỗ”[7] Đề tài đã xác định được khả năng ổn định chống lật dọc tĩnh của máy kéo Shibaura SD 2843 với TTL bốc gỗ trong trường hợp đầu cần TTL và ngoạm gỗ được nối cứng Đồng thời đã đề xuất được giải pháp lắp thêm bộ phận đàn hồi có giảm chấn giữa đầu cần TTL và ngoạm gỗ nhằm nâng cao khả năng ổn định chống lật của liên hợp máy khi bốc dỡ gỗ Trong đề tài, tác giả đã xây dựng được mô hình động lực học của liên hợp máy khi TTL nhấc tải và bằng việc áp dụng phương trình Lagranger loại II đề tài đã thiết lập được hệ phương trình vi phân mô tả dao động của liên hợp máy khi TTL nhấc tải Tác giả đã ứng dụng thành công phần mềm Matlab-Simulink để giải và

mô phỏng hệ phương trình vi phân, tìm ra các dịch chuyển, vận tốc và gia tốc khi TTL nhấc tải trong trường hợp đầu cần TTL và ngoạm gỗ được nối cứng cũng như trong trường hợp nối đàn hồi có giảm chấn

Năm 2009, tại trường Đại học Lâm nghiệp, Đinh Thị Hợi đã bảo vệ thành công luận văn thạc sỹ “Nghiên cứu ứng suất và biến dạng của tay thuỷ lực khi làm việc ở giai đoạn quá độ” [ 8] Đề tài đã ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn với phần mềm Ansys mô phỏng, xác định được ứng suất và biến dạng một số bộ phận chính của TTL khi làm việc ở giai đoạn quá độ (bắt đầu nâng tải, hạ tải và phanh, bắt đầu quay) Trên cơ sở kết quả ứng suất và biến dạng của TTL khi làm việc ở giai đoạn quá độ, tác giả đã so sánh với kết quả tính toán trước đây trong quá trình thiết kế và đã đưa ra được những thông số tối ưu làm cơ sở cho việc hoàn thiện thiết kế theo hướng giảm trọng lượng của một số chi tiết và tăng tải trọng hữu ích của tay thuỷ lực, chọn ra được chế độ làm việc hợp lý

1.3.Các phần mềm ứng dụng trong thiết kế, mô phỏng máy

Hiện nay, việc mô hình hoá trên máy tính các kết cấu, chi tiết máy,…đang là một nhu cầu ngày càng tăng trong các lĩnh vực sản xuất cũng như trong công tác đào tạo và nghiên cứu khoa học nhiều phần mềm nổi tiếng đã ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu này Tuy nhiên mỗi phần mềm lại có những mặt mạnh riêng cũng như có những mặt hạn chế của nó Do đó nhiệm

vụ của nhà thiết kế là phải biết rõ các ưu điểm và nhược điểm của các phần mềm này để vận dụng vào công việc vủa mình

Phần mềm AutoCAD

Phần mềm AutoCAD là một trong những phần mềm phổ biến và được nhiều người sử dụng trong các phần mềm trợ giúp thiết kế CAD [21] Phần mềm AutoCAD là phần mềm dùng để thực hiện các bản vẽ kỹ thuật trong các ngành: Xây dựng, Cơ khí, Kiến trúc, Điện, Bản đồ,…AutoCAD là công cụ hỗ trợ đắc lực cho các cán bộ kỹ thuật, kiến trúc sư, kỹ thuật viên, công nhân kỹ thuật, hoạ viên,…hoàn thành các sản phẩm thiết kế của mình

Sử dụng phần mềm AutoCad chúng ta có thể vẽ thiết kế các bản vẽ hai chiều 2D, thiết kế mô hình 3 chiều 3D, tô bóng các vật thể Phần mềm này có các đặc điểm nổi bật là: chính xác, năng suất cao nhờ các lệnh sao chép (thực hiện bản vẽ nhanh); dễ dàng trao đổi dữ liệu với các phần mềm khác

AutoCAD là môt trong các phần mềm thiết kế sử dụng cho máy tính cá nhân Đây là phần mềm có tính chính xác cao, lưu trữ dữ liệu chính xác Sử dụng phần mềm AutoCAD để trao đổi dữ liệu bản vẽ với các đồng nghiệp, khách hàng… Phần mềm AutoCAD tương thích với các phần cứng và phần mềm phổ biến trên thị trường Sự phát triển của phần mềm gắn với sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghệ thông tin

Phần mềm Autodesk Inventor

Phần mềm Autodesk Inventor đã thể hiện được các mặt mạnh của một phần mềm CAD từ lĩnh vực mô hình hoá 3D đến việc xây dựng các bản vẽ kỹ thuật [25]

Phần mềm Autodesk Inventor là hệ thống thiết kế cơ khí 3D được xây dựng với công nghệ thích nghi (adaptive technology) cùng với các khả năng

mô hình hoá khối rắn Phần mềm Autodesk Inventor cung cấp các công cụ cần thiết để thực hiện các dự án thiết kế, từ việc vẽ phác ban đầu cho đến việc hình thành các bản vẽ kỹ thuật cuối cùng

Phần mềm Autodesk Inventor gồm có các công cụ tạo mô hình 3D, quản lý thông tin, làm việc nhóm và các hỗ trợ kỹ thuật Với Phần mềm Autodesk Inventor, ta có thể: Tạo các mô hình 3D và các bản vẽ 2D; tạo các chi tiết thích nghi; các chi tiết và các bản vẽ lắp nhóm; quản lý hàng ngàn các chi tiết và các mô hình lắp ghép lớn; sử dụng các ứng dụng third-party với chương trình dao diện API (Application Program Interface); sử dụng VBA để truy cập Autodesk Inventor API Tạo các chương trình thực hiện các chức năng có tính lặp Từ thực đơn Help, chọn programmer Help; nhập các file SAT, STEP, AutoCAD, Autodesk Mechanical Desktop để dùng cho Autodesk Inventor Xuất các file Autodesk Inventor sang AutoCAD, Autodesk Mechanical Desktop và các file IGES; làm việc nhóm với nhiều thành viên thiết kế trong quá trình xây dựng mô hình; liên kết với các công cụ Wed để truy cập các nguồn tài nguyên công nghiệp, dùng chung dữ liệu với các cộng sự; Autodesk Inventor là một công cụ mô hình hoá các khối rắn dựa trên các đối tượng Từ đó các nhà thiết kế có thể tạo các mô hình cơ khí 3D

Phần mềm Adams

Phần mềm Adams (Automatic Dynamic Anlysis of Mechanical Systerms) là phần mềm chuyên dùng trong việc mô phỏng động lực học cơ hệ

nhiều vật Đặc biệt Adams được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực động lực học xe máy, va chạm, người máy, công nghệ vũ trụ,…Chương trình này giúp người sử dụng giải quyết các vấn đề nghiên cứu khoa học của mình mà không cần biết sâu về các thuật toán sử dụng trong Adams Adams cho phép nhập

mô hình hình học từ hầu hết các mô hình Cad, Adams sẽ chuyển dữ liệu từ các file này vào các file dữ liệu chuẩn trong Adams Ý nghĩa của việc nhập các mô hình cần mô phỏng rất phức tạp, vì thế nếu xây dựng trực tiếp chúng trong Adams thì sẽ mất rất nhiều thời gian vì đây không phải là phần mềm chuyên về Cad Do vậy đối với các mô hình phức tạp thường được xây dựng trên các phần mềm chuyên dùng về Cad như: Catia, ProEngineer,…Sau khi xây dựng xong, mô hình này được xuất ra các file có một trong các định dạng trên (Prasolid, igbs,step hoặc dxf/dwg) và được nhập vào Adams để tiến hành các bước tiếp theo Thư viện rộng lớn về các khớp nối và ràng buộc có sẵn trong Adams cho phép người sử dụng tạo được các khớp nối động học của cơ

hệ Khi mô hình đã thiết lập xong, Adams kiểm tra mô hình và chạy mô phỏng bằng cách giải các phương trình động lực học

- Ansys có khả năng giao tiếp với các phần mềm thiết kế thông dụng hiện nay như Autocad, Solidworks,…cho phép tận dụng được những điểm mạnh của các phần mềm này

- Ansys cho phép nhập giá trị cho các tham số dạng hàm và dạng bảng

từ file, xuất dữ liệu kết quả ra file và khai thác kết quả dưới nhiều hình thức khác nhau (biểu đồ, đồ thị, hoạt hình,…)

- Ansys cho phép lập trình bằng ngôn ngữ dạng Script, giúp mở rộng khả năng linh hoạt trong thiết lập mô hình, điều kiện biên, đặt tải và khai thác kết quả tính toán

- Ansys có khả năng ghép nối song song nhiều máy tính (xử lý song song) để tăng tốc độ tính toán giải quyết các bài toán phức tạp

- Ansys –Multiphysics là sản phẩm tổng quát nhất của Ansys, nó chứa tất cả các khả năng của Ansys và bao trùm tất cả các lĩnh vực kỹ thuật

Về mặt cấu trúc, phần mềm Ansys chia thành 3 môđun lớn:

- Môđun tiền xử lý

- Mô đun giải

- Mô đun xuất và xử lí kết quả

Phần mềm Solidworks và Cosmos motion

Trong nhóm các phần mềm tự động hoá thiết kế 3D [10], [11], [12], [13] (trong không gian ba chiều) phổ biến, phần mềm Solidworks đã và đang khẳng định vị trí vững chắc dẫn đầu thế giới cho phép người sử dụng xây dựng mô hình 3D cho các chi tiết, lắp ghép chúng thành một sản phẩm hoàn chỉnh, kiểm tra động học, cung cấp thông tin về vật liệu,…Hơn thế nữa, tính

mở và tính tương thích của Solidworks cho phép nhiều phần mềm ứng dụng nổi tiếng khác chạy trực tiếp trên môi trường của nó; Solidworks cũng kết xuất ra các file dữ liệu định dạng chuẩn để người sử dụng có thể khai thác mô hình trong môi trường các phần mềm phân tích khác Ví dụ: các phần mềm Ansys, MSC,…có thể kiểm tra mô hình về phương diện ứng suất, biến dạng, nhiệt; xác định tần số dao động riêng; mô phỏng tương tác của dòng chảy khí (hoặc chất lỏng) với mô hình Các phần mềm Cosmos, Adams,…có thể kiểm

tra các thông số động học hay động lực học của mô hình, các phần mềm Casting, Pro-Casting,…có thể mô phỏng quá trình đúc sản phẩm Đây là phần mềm thể hiện tư duy thiết kế và công nghệ lập trình mới

Z-Solidworks là một công cụ đắc lực cho việc thiết kế tự động các vật thể

3 chiều (3D), giúp các kỹ sư tự thể hiện các ý tưởng sáng tạo của mình trong thiết kế một cách trực quan tối đa ngay trên chi tiết 3D mà lúc đầu không quan tâm đến kích thước cụ thể của chi tiết, nhanh chóng thể hiện chi tiết đã thiết kế thành bản vẽ kỹ thuật truyền thống (2D), thiết kế tạo khuôn, tạo mẫu cho lĩnh vực đúc một cách nhanh chóng từ các chi tiết đã được thiết kế

Sau khi dựng được mô hình 3D và gán vật liệu cho các đối tượng ta có

thể chọn Assembly để tiến hành lắp ghép các chi tiết thành cụm chi tiết hoặc

thành một cơ cấu hoặc một máy hoàn chỉnh theo đúng thiết kế Trong Solidworks việc lắp ghép các chi tiết được thực hiện một cách dễ dàng nhờ

lệnh Mate với đầy đủ các ràng buộc song song (Parallel), vuông góc

(perpendicular), tiếp xúc (Tangent), đồng tâm (Concentric), khoảng cách (Distance), góc (Angle), trùng hợp (Coincident)

Trình tự tiến hành mô phỏng động học trong Cosmos Motion:

- Trước tiên, khởi động phần mềm Solidworks

- Vào môi trường Part của Solidworks, sử dụng các lệnh trong môi

trường này để vẽ mô hình hoá các chi tiết

Sau khi mô hình hoá các chi tiết, tiến hành vào môi trường lắp ráp

Assembly Sử dụng các lệnh trên thanh công cụ Assembly hoặc menu Insert

để lắp ráp các chi tiết

- Sau khi lắp ráp các chi tiết, tiến hành chọn bảng Motion trong cây phả

hệ để vào môi trường mô phỏng động học

- Tiếp theo ta phải xác định đối tượng nào là đối tượng cố định, đối tượng nào là đối tượng di động Sau khi đã xác định được các đối tượng cố

định và di động, ta gán đối tượng cố định bằng cách nhấp chọn đối tượng đó

trong cây phả hệ, nhấp phải chuột và chọn Ground Part Tương tự như vậy,

để gán đối tượng chuyển động ta nhấp chọn đối tượng đó trong cây phả hệ sau

đó nhấp phải chuột và chọn Moving Part Đối tượng nào được gán là chuyển

động sẽ xuất hiện biểu tượng khối cầu toạ độ

- Sau khi gán đối tượng chuyển động và đối tượng cố định xong, tiến hành gán khớp nối cho các đối tượng Mặc định, sau khi ta lắp ráp, chuyển sang môi trường mô phỏng và gán đối tượng cố định, đối tượng di động thì các đối tượng lắp ráp với nhau sẽ được gán các khớp động Các khớp động là

các khớp xoay được tạo từ ràng buộc Concentric và Coincident hay khớp trụ được tạo từ ràng buộc Concentric trong lệnh Mate của môi trường lắp ráp Các khớp động của mô hình được quản lý trong mục Constraints>Joints của

cây phả hệ Tuy nhiên, trong một số trường hợp ta cần xoá bỏ tất cả các khớp nối không phù hợp và thêm vào một số khớp động cần thiết Để xoá khớp, ta

nhấp chọn khớp cần xoá, nhấp phải chuột và chọn Delete Còn để thêm khớp,

ta chọn Cosmos Motion>Joints

Theo mặc định, sau khi lắp ráp các chi tiết và chuyển sang môi trường

mô phỏng (motion) thì giữa các chi tiết lắp ráp với nhau sẽ tự động được gán

các khớp tương ứng với các lựa chọn trong lệnh mate Tuy nhiên, trong trong

một số trường hợp ta phải xoá các khớp mặc định và tiến hành gán lại các khớp sao cho phù hợp với mô hình

- Sau khi gán các khớp động, tiến hành gán lực và nguồn tạo chuyển động (gán lực hoặc mô men)

- Bước tiếp theo, tiến hành kiểm tra, gán đơn vị lực và khối lượng cho

mô hình Từ menu CosmosMotion chọn IntelliMotion Bulder, ta chọn các

thông số cần thiết có trong chuyển động

Sau khi định nghĩa các thông số, chúng tiếp tục click vào next để

chuyển sang các trang và thiết lập các thông số theo yêu cầu

- Để tạo các đồ thị hiển thị kết quả mô phỏng của một đối tượng nào

đó, ta chọn đối tượng đó trong cây phả hệ, nhấp phải chuột và chọn

Plot>Anglur>…

- Sau khi hoàn thành các bước trên, ta tiến hành mô phỏng bằng cách

sử dụng nút Play trên thanh công cụ Cosmos Motion Chúng ta có thể xuất

quá trình mô phỏng sang file*.AVI hoặc sang các chương trình tính toán và

mô phỏng khác như: FEA, MSC, ADAMS

Kết luận chương 1:

Qua tìm hiểu tình hình ứng dụng TTL trong công nghệ khai thác gỗ cho thấy: TTL được sử dụng rộng rãi trong tất cả các loại hình công nghệ khai thác gỗ Ở các nước trên thế giới, người ta đã tính toán thiết kế và chế tạo được nhiều loại TTL làm việc tin cậy với năng suất cao Ở nước ta cho đến nay, TTL duy nhất sử dụng hiệu quả trong bốc dỡ gỗ là một thiết bị nhập ngoại (TTL lắp trên máy kéo Volvo) nhưng hiện nay thiết bị này còn rất ít và

nó cũng không thực sự phù hợp với thực tiễn Việt Nam

Thực tế đã có nhiều công trình nghiên cứu về TTL, song phần lớn những nghiên cứu về TTL tập trung ở những nước có nền công nghiệp tiên tiến Ở nước ta, đề tài nhánh cấp nhà nước mã số: KC 07-26-05 năm 2006 đã thiết kế và chế tạo thành công TTL bốc dỡ gỗ lắp sau máy kéo Shibaura Tuy nhiên để tiến tới sản xuất hàng loạt và đưa loại thiết bị này sử dụng rộng rãi vào thực tiễn sản xuất ta cần thực hiện công tác hoàn thiện thiết kế và chuyển giao công nghệ

Sau khi thiết kế, các bản vẽ thiết kế là các bản vẽ AutoCad 2D nên gặp rất nhiều khó khăn trong việc chế tạo và chuyển giao công nghệ Trong quá trình chế tạo và lắp ráp sẽ cần rất nhiều công trong việc giám sát và hướng dẫn công nhân Sau đó khi chuyển giao công nghệ và đưa vào thực tế sử dụng

cũng cần phải mất rất nhiều thời gian và công để có thể hướng dẫn cho công nhân về cấu tạo và nguyên lý hoạt động, tháo, lắp, sử dụng và sửa chữa Mặt khác, đề tài đã tính toán thiết kế các kết cấu của tay thuỷ lực theo phương pháp sức bền vật liệu với việc chọn các hệ số an toàn cao mà chưa nghiên cứu sâu về động lực học dẫn đến còn một số chi tiết thừa bền Trong khi đó, hiện nay có nhiều phần mềm thiết kế mô phỏng máy có thể tạo ra các bản vẽ 3D,

có thể mô phỏng hoạt động, tháo và lắp các cụm máy

Qua tìm hiểu cho thấy chưa có đề tài nào nghiên cứu việc hoàn thiện TTL lắp trên máy kéo Shibaura theo hướng thiết kế tối ưu phục vụ cho việc chuyển giao công nghệ vì vậy trong đề tài này tôi sử dụng phần mềm Solidwords để mô phỏng động, tháo lắp và khảo sát độ bền của TTL lắp trên máy kéo Shibaura

Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG

VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu nghiên cứu

Chuyển bản vẽ thiết kế tay thuỷ lực bốc dỡ gỗ từ bản vẽ Autocad 2D sang

mô hình 3D, mô phỏng tháo, lắp sau đó mô phỏng động đồng thời kiểm tra bền cho một số chi tiết Kết quả nghiên cứu phục vụ cho việc chuyển giao công nghệ và hoàn thiện thiết kế cấu trúc cơ khí của tay thuỷ lực bốc dỡ gỗ lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843

2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

2.2.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là tay thuỷ lực bốc dỡ gỗ nhỏ rừng trồng lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843 – là một trong những mẫu máy của

đề tài cấp nhà nước KC - 07 – 26 TTL có kết cấu như sau:

Hình 2.1: TTL lắp sau máy kéo Shibaura

Tay thuỷ lực được thiết kế để tự bốc dỡ gỗ hoặc bốc dỡ gỗ cho các phương tiện khác, tải trọng một chuyến tối đa là 2000N, tầm vươn là 3,8m, trọng lượng của tay thuỷ lực là 2950N Tay thuỷ lực có hai xilanh nâng hạ, một xilanh co duỗi và một xi lanh ngoạm được điều khiển bằng thuỷ lực, trụ

được trang bị bộ phận xoay bằng động cơ thuỷ lực qua bộ truyền xích và hộp giảm tốc, đầu máy được trang bị thêm hai chân chống để tăng khả năng ổn định cho liên hợp máy, bộ phận điều khiển thuỷ lực được đặt tại đầu trụ

Trụ quay của tay thuỷ lực là một trục bậc quay trong các ổ đỡ dưới và ổ

đỡ trên Đầu dưới của trụ quay xuyên qua tấm đỡ được lắp với đĩa xích bị động của cơ cấu quay Đế đỡ trụ quay có kết cấu hàn gồm tấm dưới có sáu lỗ

để lắp với khung, phần lắp ổ đỡ dưới và ổ đỡ trên, bốn gân chịu lực Đầu trên của trụ quay hàn cứng với đĩa Đĩa này truyền áp lực thẳng đứng lên mặt trên của đế đỡ trụ Mặt trên của đĩa hàn cứng với hai tấm đứng phần dưới của hai tấm đứng có lỗ, được lắp và hàn với chốt xuyên ngang, hai đầu của chốt này lắp với đầu dưới của hai xilanh thuỷ lực nâng hạ cánh tay Đầu trên của hai tấm đứng có lỗ xuyên ngang để lắp chốt nối khớp với cánh tay và khung của ghế ngồi Trên cánh tay có hai chốt lắp với đầu hai cần pittông của hai xilanh nâng hạ cánh tay Đầu của cánh tay có lỗ xuyên ngang để lắp chốt nối khớp với cẳng tay Cẳng tay này co, duỗi được nhờ xilanh thuỷ lực, xilanh này vừa nối khớp với thân cánh tay, vừa nối khớp với một đầu cẳng tay Đầu kia của cẳng tay nối với ngoạm qua khâu nối có khớp cầu Nhờ vậy ở các độ vươn khác nhau của tay thuỷ lực ngoạm luôn ở tư thế thẳng đứng Ngoạm gỗ gồm hai bộ càng ngoạm kép nối khớp với thân Càng ngoạm đóng mở được nhờ xilanh thuỷ lực

Tay thuỷ lực được trang bị cơ cấu quay để nó có thể quay sang hai phía một góc 60 độ kể từ mặt phẳng đối xứng dọc khi bố dỡ gỗ và có thể quay 180

độ về phía trước máy kéo khi ở thế vận chuyển Cơ cấu quay gồm động cơ thuỷ lực, các bộ truyền xích và hộp giảm tốc trục vít – bánh vít Trụ quay của tay thuỷ lực quay được nhờ dẫn động từ động cơ thuỷ lực, qua bộ truyền xích đơn, qua hộp giảm tốc trục vít – bánh vít, qua bộ truyền xích đôi

Để giảm tải trọng ngang lên các ổ đỡ dưới và ổ đỡ trên của trụ quay,

ghế ngồi của người điều khiển và đối trọng được lắp về phía đối diện với tay thuỷ lực

2.2.2 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu của đề tài được giới hạn là: Sử dụng các lệnh trong

môi trường Part của phần mềm Solidworks để xây dựng mô hình 3D các chi

tiết của tay thuỷ lực bốc dỡ gỗ lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843; Sử dụng

các lệnh trong môi trường Assembly để lắp ráp các chi tiết, các cụm chi tiết

và mô phỏng tháo, lắp toàn bộ tay thuỷ lực cũng như các cụm chi tiết của TTL; Ứng dụng Cosmos Motion để mô phỏng hoạt động và ứng dụng Cosmos Analysis Wizard để khảo sát ứng suất, biến dạng của một số chi tiết của tay thuỷ lực

2.3 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan

- Xây dựng mô hình 3D các chi tiết và toàn bộ tay bốc thuỷ lực bốc dỡ

gỗ lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843

- Mô phỏng việc tháo, lắp các chi tiết, các cụm chi tiết và toàn bộ kết cấu của tay bốc thuỷ lực bốc dỡ gỗ lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843

- Mô phỏng động hoạt động khi làm việc của tay bốc thuỷ lực bốc dỡ

gỗ lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843

- Khảo sát ứng suất, biến dạng của một số chi tiết quan trọng của tay thuỷ lực lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843

- So sánh các kết quả khảo sát với kết quả nghiên cứu thực nghiệm

2.4 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan bằng phương pháp thu thập thông tin từ mạng Internet, đọc và sưu tập các tài liệu, tạp chí chuyên ngành, các đề tài luận văn tốt nghiệp cao học của khoá trước, các đề tài luận án tiến sỹ,…đặc biệt là kết quả của đề tài nhánh cấp nhà nước KC - 07 – 26 - 05

- Sử dụng các lệnh trong môi trường Part của phần mềm Solidworks để

xây dựng mô hình 3D của tay thuỷ lực

- Sử dụng các lệnh trong môi trường Assembly của phần mềm Solidworks

để lắp ráp và mô phỏng tháo, lắp các chi tiết, các cụm chi tiết của TTL

- Ứng dụng Cosmos Motion để mô phỏng hoạt động khi làm việc của tay bốc thuỷ lực bốc dỡ gỗ lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843

- Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn với Cosmos Analysis Wizard trong Solidworks để khảo sát ứng suất, biến dạng

- So sánh các kết quả ở các biểu đồ vừa khảo sát với các kết quả nghiên cứu thực nghiệm đã có ở đồ thị

Chương 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH 3D CỦA TAY THUỶ LỰC BỐC DỠ GỖ

3.1 Xây dựng mô hình 3D của tay thuỷ lực lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843

Để xây dựng mô hình 3D các chi tiết của tay thuỷ lực tôi sử dụng phần mềm Solidworks 2007 Trước hết cần thiết lập môi trường vẽ phác với trình

tự các bước như sau:

Khởi động phần mềm Solidworks Khi giao diện màn hình của Solidworks xuất hiện, nhắp chọn New trên thanh công cụ (hoặc chọn file > New), khi hộp thoại New Solidworks Document xuất hiện với ba biểu tương là Part, Assembly, và Drawing Để vẽ phác ta chọn biểu tượng bản vẽ Part, sau

đó nhắp Ok thì màn hình quan sát bản vẽ xuất hiện Ta tiến hành chọn mặt phẳng để vẽ bằng cách nhấp Sketch trên thanh công cụ Sketch hoặc chọn Insert > Sketch Môi trường vẽ phác xuất hiện ba mặt phẳng là Pront Plane, Top Plane, Right Plane, ta có thể chọn một trong ba mặt phẳng để vẽ phác

bằng cách nhắp chuột vào mặt phẳng đó Nhưng trước khi vẽ ta phải tạo lưới và

chọn đơn vị đo cho bản vẽ Để làm việc này ta nhấp Grid trên thanh công cụ Sketch (hoặc chọn Tools > Options) Hộp thoại Options xuất hiện, chọn Tab Document sau đó chọn Grid/Snap để tạo lưới và khả năng bắt điểm cho bản

vẽ, chọn Units để xác định đơn vị đo cho bản vẽ

Sau khi thiết lập môi trường vẽ phác xong ta có thể tiến hành vẽ phác các

biên dạng với các lệnh trên thanh công cụ như: line, Circle, Rectangle, Centerpoint Arc, Tangent Arc, 3 point Arc, Center line, Spline,… sau đó dùng các lệnh Extrude, Cut, chamfer, Fillet, ….để tạo ra các mô hình 3D của từng chi

tiết của TTL

3.1.1 Xây dựng mô hình 3D các chi tiết của tay bốc thuỷ lực

Tay thuỷ lực bốc dỡ gỗ được thiết kế, chế tạo có cấu tạo 2D như hình 3.1:

Tấm đỡ và bệ đỡ của Tay thuỷ lực cùng với khung chữ A của tời được lắp với thân cầu sau máy kéo Shibaura bằng 8 bu lông Tấm đỡ ngoài việc dùng để lắp tời kéo gỗ, khi lắp TTL nó còn dùng để lắp đế của bơm thuỷ lực Khung chữ A ngoài nhiệm vụ để lắp các ròng rọc dẫn hướng cho tời cáp còn

là giá để lắp đế trụ quay của TTL Đế này được lắp vào khung bằng 6 bu lông

Đế đỡ trụ quay có kết cấu hàn gồm tấm dưới có 6 lỗ để lắp với khung, phần lắp ổ đỡ dưới và ổ đỡ trên, 4 gân chịu lực Trụ quay của TTL là một trục bậc quay trong các ổ đỡ dưới và ổ đỡ trên Đầu dưới của trụ quay xuyên qua tấm

đỡ được lắp với đĩa xích bị động của cơ cấu quay Đầu trên trụ quay hàn cứng với đĩa Đĩa này truyền áp lực thẳng đứng lên mặt trên của đế đỡ trụ Mặt trên của đĩa hàn cứng hai tấm đứng 9 Phần dưới của hai tấm đứng có lỗ và được lắp với chốt xuyên ngang, hai đầu của chốt này lắp với đầu dưới của hai xilanh thuỷ lực 8 nâng hạ cánh tay 7 Đầu trên của của hai tấm đứng 9 có lỗ xuyên ngang để lắp chốt nối khớp với cánh tay 7 và khung của ghế ngôi Trên cánh tay 7 có hai chốt lắp với đầu hai cần pitông của hai xilanh 8 nâng hạ cánh tay Đầu của cánh tay 7 có lỗ xuyên ngang để lắp chốt nối khớp với cẳng tay 5 Cẳng tay này co, duỗi được là nhờ xilanh thuỷ lực 6, xilanh này vừa nối khớp với cánh tay 7, vừa nối khớp với một đầu cẳng tay 5 Đầu kia của cẳng tay 5 nối khớp với ngoạm qua khâu nối có khớp cầu 4 Nhờ vậy ở các chế độ vươn khác nhau của TTL ngoạm luôn ở thế thẳng đứng Ngoạm gỗ còn hai bộ càng ngoạm kép 1 nối khớp với thân Càng ngoạm đóng mở được là nhờ xilanh tuỷ lực 2 TTL được trang bị cơ cấu quay để nó có thể quay sang hai phía một góc 60 độ kể từ mặt phẳng đối xứng dọc khi bốc dỡ gỗ và có thể quay 180 độ về phía trước máy kéo khi ở thế vận chuyển Cơ cấu quay gồm động cơ thuỷ lực, các bộ truyền xích và hộp giảm tốc trục vít- bánh vít Trụ quay của TTL quay được nhờ dẫn động từ động cơ thuỷ lực, qua bộ truyền xích đơn, qua hộp giảm tốc trục vít bánh vít, qua bộ truyền xích đôi Để giảm tải trọng ngang lên các ổ đỡ dưới và ổ đỡ trên của trụ quay, ghế ngồi của người điều khiển 10 và đối trọng 11 được lắp về phía đối diện với TTL Để

tăng khả năng chống lật tay thuỷ lực có thêm hai bộ chân chống đông cơ, hai

bộ chân chống này nối khớp với khung máy

3.1.1.1 Xây dựng mô hình hình học cẳng tay của TTL

Cẳng tay thuỷ lực có cấu tạo gồm các tấm kim loại được cắt và hàn lại với nhau Trên cơ sở tham khảo tài liệu thiết kế của đề tài KC-07-26, bằng phần mềm Solidworks tôi xây dựng cấu trúc phân mảnh của cẳng TTL như hình 3.2:

Hình 3.2 Cấu trúc phân mảnh của cẳng tay thuỷ lực

Để xây dựng cấu trúc phân mảnh của cẳng TTL như trên trước hết ta

khởi động chương trình Solidworks Từ menu File chọn New để tạo bản vẽ

mới, khi đó hộp thoại New Solidworks xuất hiện Ta vào môi trường vẽ phác

(Part), sau đó vẽ phác các biên dạng theo kích thước của bản thiết kế 2D Để

vẽ các tấm kim loại đơn lẻ của cẳng TTL như trên tôi dùng các lệnh trên

thanh công cụ như: line, Fillet, Extrude, Cirde, Cut – Extrude Các chi tiết

tạo ra được ghi thành một file có phần mở rộng là “*.Sldprt” Sau đó tôi tiến hành lắp ráp các chi tiết cẳng TTL, các bước lắp ráp được tiến hành như sau:

Khởi động chương trình Solidworks Từ menu File chọn New để tạo bản vẽ mới, khi đó hộp thoại New Solidworks xuất hiện Ta chọn Asembly và nhấn Ok Ta nhấp chọn Browse trong hộp thoại Insert Compoment sẽ xuất

hiện thư mục chứa các chi tiết của cẳng TTL trước đó Chọn chi tiết và nhấn Open khi đó chi tiết sẽ xuất hiện và ta tiến hành chọn một điểm để đặt các chi tiết đó, tiến hành chọn lần lượt với các chi tiết còn lại Sau khi đã lấy hết các

chi tiết của cẳng tay ra ta chọn Insert>Mate để lắp ráp chúng, kết quả ta có

cẳng tay thuỷ lực như hình 3.3:

Hình 3.3 Cẳng tay của tay thuỷ lực

3.1.1.2 Xây dựng mô hình hình học cánh tay của TTL

Tương tự như cẳng tay thuỷ lực, cánh tay thuỷ lực cũng có cấu tạo gồm các tấm kim loại được cắt và hàn lại với nhau Bằng phần mềm Solidworkd và

thực hiện các bước tương tự như đã làm với cẳng tay thuỷ lực tôi đã xây dựng được cấu trúc phân mảnh và cả cánh tay thuỷ lực như hình 3.4

Tấm dưới cánh tay

Hình 3.4 Cấu trúc phân mảnh của cánh tay thuỷ lực

Để xây dựng cấu trúc phân mảnh của cánh TTL như trên trước hết ta

khởi động chương trình Solidworks Từ menu File chọn New để tạo bản vẽ

mới, khi đó hộp thoại New Solidworks xuất hiện Ta vào môi trường vẽ phác

(Part), sau đó vẽ phác các biên dạng theo kích thước của bản thiết kế 2D Để

vẽ các tấm kim loại đơn lẻ của cánh TTL như trên tôi dùng các lệnh trên

thanh công cụ như: line, Fillet, Extrude, Circle, Cut – Extrude Các chi tiết

tạo ra được ghi thành một file có phần mở rộng là “*.Sldprt” Sau đó tôi tiến hành lắp ráp các chi tiết cẳng TTL, các bước lắp ráp được tiến hành như sau:

Khởi động chương trình Solidworks Từ menu File chọn New để tạo bản vẽ mới, khi đó hộp thoại New Solidworks xuất hiện Ta chọn Asembly và nhấn Ok Ta nhấp chọn Browse trong hộp thoại Insert Compoment sẽ xuất

hiện thư mục chứa các chi tiết của cánh TTL trước đó Chọn chi tiết và nhấn Open khi đó chi tiết sẽ xuất hiện và ta tiến hành chọn một điểm để đặt các chi tiết đó, tiến hành chọn lần lượt với các chi tiết còn lại Sau khi đã lấy hết các

chi tiết của cánh tay ra ta chọn Insert>Mate để lắp ráp, kết quả ta có cánh tay

như hình 3.5

Hình 3.5 Cánh tay của tay thuỷ lực

3.1.1.3 Xây dựng mô hình hình học trụ quay của TTL

Trụ quay của TTL là một trục bậc quay trong các ổ đỡ dưới và ổ đỡ trên Đầu dưới của trụ quay xuyên qua tấm đỡ được lắp với đĩa xích bị động của cơ cấu quay Đầu trên trụ quay hàn cứng với đĩa Đĩa này truyền áp lực thẳng đứng lên mặt trên của đế đỡ trụ Mặt trên của đĩa hàn cứng hai tấm đứng 9 Phần dưới của hai tấm đứng có lỗ và được lắp với chốt xuyên ngang, hai đầu của chốt này lắp với đầu dưới của hai xilanh thuỷ lực nâng hạ cánh tay Đầu trên của của hai tấm đứng có lỗ xuyên ngang để lắp chốt nối khớp

với cánh tay và khung của ghế ngôi Đế đỡ trụ quay có kết cấu hàn gồm tấm dưới có 6 lỗ để lắp với khung, phần lắp ổ đỡ dưới và ổ đỡ trên Để đảm bảo

độ cứng vững trong quá trình làm việc, phần cố định của trụ được tăng cường cứng bởi 4 gân trụ

Bằng phần mềm Solidworkd với các lệnh trên thanh công cụ tôi đã xây dựng mô hình 3D của các bộ phận của trụ quay như hình 3.6

Hình 3.6 Cấu trúc phân mảnh của trụ quay

Để xây dựng cấu trúc phân mảnh của trụ quay TTL như trên trước hết

ta khởi động chương trình Solidworks Từ menu File chọn New để tạo bản vẽ

mới, khi đó hộp thoại New Solidworks xuất hiện Ta vào môi trường vẽ phác

(Part), sau đó vẽ phác các biên dạng theo kích thước của bản thiết kế 2D Để vẽ

các tấm kim loại đơn lẻ của trụ quay TTL như trên tôi dùng các lệnh trên thanh

công cụ như: line, Fillet, Extrude, Circle, Cut – Extrude Các chi tiết tạo ra

được ghi thành một file có phần mở rộng là “*.Sldprt” Sau đó tôi tiến hành lắp ráp các chi tiết trụ quay TTL, các bước lắp ráp được tiến hành như sau: