Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số yếu tố đến năng suất và chi phí năng lượng riêng khi vận xuất gỗ rừng tự nhiên bằng tời dung lượng cáp lớn lắp trên máy kéo xích

Đến nay, Đề tài “Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số yếu tố đến năng suất và chi phí năng lượng riêng khi vận xuất gỗ rừng tự nhiên bằng tời tự hành hai trống” của tôi đã hoàn thành và đ

Tôi xin cam đoan, đây là công trình của riêng tôi

Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực

và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Trần Văn Thịnh

LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian làm việc khẩn trương, với tinh thần nghiên cứu khoa học một cách nghiêm túc, trên cơ sở các kiến thức của bản thân và các tài liệu tham khảo, sự hướng dẫn tận tình của TS Nguyễn Văn Quân, thầy hướng dẫn trực tiếp, thầy Phạm Văn Lý với những nhận xét và góp ý xác đáng, thầy Trần Kim Khôi và các bạn đồng nghiệp đã tận tình giúp đỡ trong quá trình khảo nghiệm tại hiện trường và xử lý số liệu đo đếm được Đến nay, Đề tài

“Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số yếu tố đến năng suất và chi phí năng lượng riêng khi vận xuất gỗ rừng tự nhiên bằng tời tự hành hai trống” của tôi

đã hoàn thành và đạt được mục tiêu đề ra

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc với những sự giúp đỡ tận tình quý báu đó Tôi xin hứa với những kiến thức đã học được trong quá trình học tập và nghiên cứu, trong điều kiện có thể tôi sẽ vận dụng vào quá trình hoạt động

LỜI CAM ĐOAN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

-

TRẦN NHO THỌ

NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG KHI VẬN XUẤT GỖ RỪNG TỰ NHIÊN BẰNG TỜI

DUNG LƯỢNG CÁP LỚN LẮP TRÊN MÁY KÉO XÍCH

Chuyên ngànhnghệ gỗ, giấy

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2010

Tác giả luận văn

DUNG LƯỢNG CÁP LỚN LẮP TRÊN MÁY KÉO XÍCH

Chuyên ngành: Máy và Thiết bị cơ giới hóa Nông -Lâm nghiệp

Mã số: 60.52.14

Chuyên ngànhnghệ gỗ, giấy

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

TS Trần Tuấ n Nghĩa

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS Nguyễn Văn Quân

Hà Nội, 2010

MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu

Trong những năm gần đây, công nghiệp chế biến lâm sản không ngừng phát triển, tốc độ tăng trưởng khoảng 30% đã tạo thành một mạng lưới với nhiều ngành, nhiều thành phần kinh tế tham gia gồm trên 1.200 doanh nghiệp, trong đó doanh nghiệp nhà nước chiếm 26,7%, liên doanh và vốn nước ngoài 3,3%, doanh nghiệp ngoài quốc doanh chiếm 70% với tổng công suất chế biến khoảng 9 triệu m3/năm

Cùng với sự phát triển nhanh của ngành chế biến, đời sống kinh tế của nhân dân tăng nhanh làm cho nhu cầu về gỗ ngày càng cao Mặc dù, diện tích rừng trồng đang phát triển mạnh nhưng chỉ đáp ứng một phần nhu cầu về gỗ nguyên liệu giấy và ván nhân tạo

Rừng tự nhiên nước ta, nguồn cung cấp gỗ lớn chủ yếu cho tiêu dùng

và nhu cầu sản xuất của ngành chế biến Trong nhiều năm qua, do nhiều nguyên nhân chủ quan và khách quan khác nhau như: chiến tranh, khai thác lạm dụng, sức ép tăng dân số, thiếu đất canh tác nông nghiệp làm nhiều diện tích rừng bị chuyển đổi mục đích sử dụng, nhận thức xã hội về tài nguyên rừng và vai trò của nó đối với sự phát triển kinh tế và an ninh môi trường chưa đầy đủ đã làm suy thoái rừng tự nhiên

Vì vậy, hiện nay diện tích rừng tự nhiên có thể khai thác được chủ yếu nằm ở vùng sâu, vùng xa, địa hình dốc, chia cắt nhiều Việc vận xuất từ khu khai thác ra ngoài sẽ gặp rất nhiều khó khăn

Để khai thác gỗ rừng tự nhiên một cách có hiệu quả, chủ yếu là khai thác chọn, địa hình khu khai thác phức tạp, lượng gỗ lấy ra trong khu khai thác là rất ít, khả năng ảnh hưởng đến những cây còn lại là rất cao, nên Tiến

sỹ Nguyễn Văn Quân cùng với các nhà khoa học thuộc khoa Cơ điện và Công trình Trường Đại học Lâm nghiệp đã thực hiện đề tài cấp Bộ:

“Nghiên cứu công nghệ và cải tiến, thiết kế chế tạo một số thiết bị phục vụ khai thác chọn rừng tự nhiên nhằm nâng cao tỷ lệ tận dụng gỗ và hạn chế tác động xấu đến môi trường xung quanh”

Một trong những nội dung của đề tài là thiết kế, chế tạo tời dung lượng cáp lớn và càng ngoạm gỗ thủy lực lắp trên máy kéo xích DT – 75 Thiết bị này áp dụng để vận xuất gỗ rừng tự nhiên, với hình thức khai thác chọn Cây

gỗ sau khi khai thác được máy kéo dùng tời dung lượng cáp lớn để thu gom

gỗ từ những vị trí mà máy kéo không thể tới được, sau đó dùng càng ngoạm

gỗ thuỷ lực để kẹp và kéo về tới bãi gỗ I Đây là một thiết bị mới, để đưa vào

sử dụng có hiệu quả cần tiến hành nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất và chi phí năng lượng riêng, từ đó xác định được các thông số kỹ thuật hợp lý khi sử dụng máy để đạt năng suất cao, giá thành hạ góp phần đưa sản phẩm đã được thiết kế và chế tạo vào thực tiễn sản xuất

Vì những lý do trên tôi thực hiện luận văn tốt nghiệp với đề tài:

“Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số yếu tố đến năng suất và chi phí năng lượng riêng khi vận xuất gỗ rừng tự nhiên bằng tời dung lượng cáp lớn lắp trên máy kéo xích ”

2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu của đề tài là xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng của một

số yếu tố đến năng suất và chi phí năng lượng riêng khi vận xuất gỗ rừng tự nhiên bằng tời dung lượng cáp lớn lắp trên máy kéo xích Từ đó xác định được trị số tối ưu của các yếu tố ảnh hưởng để đạt được năng suất cao nhất và chi phí năng riêng nhỏ nhất

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Hình thức và thiết bị vận xuất gỗ

Vận xuất gỗ là quá trình di chuyển cây gỗ từ nơi chặt hạ về kho gỗ I hoặc bãi gỗ tập trung, từ đó cây gỗ được vận chuyển tới kho gỗ II hoặc đến nơi tiêu thụ Vận xuất gỗ là công việc rất nặng nhọc, nguy hiểm và ảnh hưởng lớn đến môi trường rừng Trong tất cả các khâu của quá trình khai thác gỗ, khâu vận xuất giữ vai trò hết sức quan trọng, nó ảnh hưởng lớn đến năng suất, giá thành và chi phí trong khai thác Để giảm giá thành, tăng năng suất lao động thì việc chọn một hình thức vận xuất hợp lý là hết sức quan trọng

Trong công nghệ vận xuất gỗ thường được sử dụng các loại hình như: vận xuất bằng súc vật, vận xuất bằng máng lao, vận xuất bằng máy kéo, vận xuất bằng đường cáp, … Trong các hình thức vận xuất nêu trên thì hình thức vận xuất bằng tời cáp lắp trên máy kéo thường được

áp dụng để tập kết gỗ ở những khu vực mà các máy móc và thiết bị khác không thể thu gom được Chính vì đặc điểm và tầm quan trọng như vậy nên đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về công nghệ cũng như trong máy móc thiết bị trong khâu sản xuất này

* Theo phương pháp vận xuất gỗ, người ta chia ra:

- Phương pháp kéo lết, kéo nửa lết (Skidding): Ở phương pháp kéo lết, toàn bộ cây gỗ được kéo lết trên mặt đất; kéo nửa kéo lết chỉ một đầu cây gỗ được kéo lết trên mặt đất còn đầu kia được nhấc khỏi mặt đất nhờ hệ thống treo đỡ của phương tiện

- Phương pháp chở gỗ (Forwarding): là phương pháp mà toàn bộ tải được đặt trên các xe chở gỗ có bánh và được đưa về nơi tập trung bằng sức người, sức súc vật hoặc bằng máy kéo

* Căn cứ vào hiện trạng cây gỗ sẽ có các hình thức:

- Vận xuất gỗ khúc (Short wood): gỗ vận xuất được cắt thành khúc theo tiêu chuẩn gỗ thương phẩm rồi được chuyển ra bãi gỗ

- Vận xuất gỗ dài (Tree length): cây gỗ sau khi hạ được cắt cành, ngọn rồi

cả thân cây được đưa về bãi gỗ, việc cắt khúc sẽ được thực hiện trên bãi gỗ

- Vận xuất gỗ nguyên cây (Full tree): Sau khi hạ, cây gỗ còn nguyên cả cành và tán được chuyển ra bãi gỗ, tại đây chúng được cắt cành và cắt khúc

Ở các nước có nền công nghiệp phát triển, người ta đã chế tạo và sản xuất hàng loại các loại máy kéo chuyên dùng sử dụng cho vận xuất gỗ rừng tự nhiên Đó thường là các máy có công suất lớn, tính ổn định và khả năng bám cao, cơ động, làm việc tin cậy và cho năng suất cao Trong những năm gần đây nhiều loại máy kéo lâm nghiệp đã được chế tạo và đưa vào sản xuất Các máy kéo lâm nghiệp dùng trong vận xuất gỗ rất đa dạng, song có thể phân chia thành hai nhóm chính: máy kéo xích và máy kéo bánh bơm (bánh hơi) Máy kéo xích có ưu điểm là công suất lớn, khả năng bám và ổn định cao nên hiện tại chúng vẫn được sử dụng trong khai thác gỗ lớn rừng tự nhiên, ở những nơi địa hình dốc, phức tạp Do đó máy kéo xích có trang bị tời thuỷ lực

để vận xuất gỗ từ khu khai thác tới chỗ tập kết sẽ đạt năng suất cao và giải quyết được yêu cầu từ thực tiễn

Máy kéo xích có trang bị tời vận xuất gỗ cũng được áp dụng ở các lâm trường ở miền Trung nước ta phần đa số loại máy này là máy được nhập khẩu

từ Liên Xô cũ

Hình 1.1 Máy kéo TDT 55 được trang bị bàn bằng và tời để vận xuất gỗ

1.2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng tời cáp vận xuất gỗ trên thế giới

Tời là thiết bị vận xuất gỗ được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước Trong khai thác lâm sản tời được sử dụng độc lập để bốc gỗ, xếp đống gỗ, kéo gỗ từ

xa hoặc là bộ phận chính của đường cáp vận xuất, thiết bị công nghệ của máy kéo chuyên dùng vận xuất gỗ

Ở những nước có nền công nghiệp rừng tiên tiến như Mỹ, Canada, Áo, Thụy Sỹ, Na Uy, Nga,… Việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo, sử dụng và hoàn thiện tời được quan tâm ngay từ thập kỷ 20 của thế kỷ trước Làm thế nào để tăng năng suất lao động và giảm giá thành vận xuất là vấn đề nghiên cứu được quan tâm hàng đầu

Ở các nước như Mỹ, Canada vận xuất gỗ bằng tời được sử dụng rộng rãi ở các vùng núi cao, xuất hiện còn sớm hơn vận xuất gỗ bằng máy kéo Ở các nước này cũng giống như các nước Tây Âu và Bắc Âu vận xuất gỗ bằng tời được gọi chung là hệ thống đường cáp khai thác gỗ (Cable logging Systems) cho nên việc nghiên cứu hoàn thiện tời song hành với nghiên cứu

hoàn thiện đường cáp vận xuất Các hướng nghiên cứu chính ở các mục tiêu được tiến hành:

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo, sử dụng tời tự hành lắp trên máy kéo bánh bơm hoặc máy kéo bánh xích thay cho việc sử dụng tời cố định Các hãng sản xuất tời cáp hàng đầu của Mỹ như Skedfet Berger, Timberland, Veirhozer đã cho ra đời các loại các loại tời cáp tự hành Wowniton 108 với tời 3 trống công suất 320 mã lực, dây cáp được nối thành vòng kín, cột tời cao 15m lắp trên máy kéo bánh bơm hoặc máy kéo bánh xích Các loại tời cáp tự hành của hãng Ckedjet như GT5C, GT5D, GT4 được sử dụng hiệu quả khi vận xuất ở

cự ly 200-300m, diện tích của mỗi lô khai thác 15-16ha, một ca làm việc kéo được 350 cây gỗ Việc sử dụng tời tự hành làm giảm công di chuyển, lắp đặt tời dẫn đến giảm giá thành vận xuất

Ở các nước Châu Âu như Na Uy, Thuỵ Sỹ, Áo, Pháp, Thụy Điển, do điều kiện tự nhiên và điều kiện rừng khác hẳn với Mỹ và Canada, hệ thống tời cáp chỉ sử dụng ở những nơi mà máy kéo không sử dụng được Phương thức khai thác chủ yếu được áp dụng ở những nước này là chặt chọn hoặc chặt tỉa thưa, sản lượng gỗ trên 1ha thấp, gỗ có kích thước nhỏ cho nên tời tự hành có công suất nhỏ được nghiên cứu và sử dụng

Một số hãng sản xuất nổi tiếng như Igland A/C (NaUy) đã sản xuất các loại tời một trống Primett 4000LH có lực kéo 45kN và tời 2 trống 8002F có lực kéo 80kN có thể lắp trên các loại máy kéo nông nghiệp, sản phẩm đã được xuất khẩu sang 25 nước trên thế giới

Hãng sản xuất Kyfer (Pháp) đã sản xuất tời tự hành MF 10, MF 15, MF25 lắp trên máy kéo bánh lốp 3 hoặc 4 bánh, công suất từ 16CV đến 31CV, lực kéo 3700 kG tốc độ cuốn của dây cáp 0,2 – 2,1 m/s

Các kiểu tời tự hành của hãng Sépon, Koska ( Thụy Điển) Kracer (Áo), Opvallden (Thụy Sỹ) với lực kéo 3000 kG, tốc độ cuốn cáp 0,3 – 2,5 m/s là những mẫu tời 2 trống tự hành điển hình của các nước Châu Âu

Ở nước Nga, tời vận xuất gỗ được áp dụng từ thế kỷ 19 do các kỹ sư Nga N.Sưtrenco (1878) IA.Vasiliev (1890) thiết kế và chế tạo

Vào những năm 1950 Tiệp Khắc (cũ) đã đưa vào sử dụng loại máy kéo bánh hơi LKT – 80, LKT - 120 được trang bị tời thuỷ lực (2,5 tấn) có thể gom

gỗ từ xa và vận xuất gỗ theo phương pháp nửa lết, đây là loại máy kéo khung gập 4 bánh chủ động

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh và sử dụng tời được các trung tâm nghiên cứu lớn như: Viện nghiên cứu cơ giới hoá và năng lượng (XNiiMe) Viện nghiên cứu lâm nghiệp Xibiri (XibNiiLP), Viện nghiên cứu lâm nghiệp IRờcut (Irơcutsk NiiLΠ) tiến hành trong nhiều năm qua

Để vận xuất gỗ ở điều kiện địa hình bằng phẳng với cự li vận xuất dưới 500m và địa hình dốc dưới 2000m, Viện nghiên cứu cơ giới hoá năng lượng

đã thiết kế và chế tạo các mẫu tời TL.3, TL.4, TL.5 Theo [12] Kết quả nghiên cứu sử dụng các loại tời trên cho thấy rằng ngoài những ưu việt nổi bật như ít phá hoại cây con, phá hoại đất, còn có những ưu việt như giảm công sửa chữa 2 – 3 lần, chi phí nhiên liệu giảm 50 – 60%, giá thành ca máy giảm 1,5 lần so với sử dụng máy kéo để vận xuất ở điều kiện thể tích trung bình của

gỗ khai thác 0,2m3, sản lượng 150m3/ha, cự li vận xuất 500 – 550m

Các loại tời cố định IL12A, IL-8 được nghiên cứu hoàn thiện thay thế các mẫu tời trên, lực kéo tăng (20 – 30)%, tốc độ cuốn cáp tăng (25 – 40)%, việc trang bị thêm hộp số cho phép đổi chiều quay của trống tời và giảm tốc tốc độ tăng lên đã giúp mở rộng phạm vi sử dụng tời

Hình 1.2 Máy kéo bánh hơi LKT- 120 có trang bị tời thuỷ lực

1.3 Tình hình nghiên cứu và sử dụng tời cáp ở nước ta

Có hai trung tâm lớn nghiên cứu về khai thác gỗ ở Việt Nam là Trường Đại học Lâm nghiệp và Viện khoa học Lâm nghiệp Việt Nam Từ những năm

60 đến 90 của thế kỷ trước, đối tượng khai thác chính là rừng tự nhiên Các nghiên cứu tập trung vào một số hướng chủ yếu sau:

- Khảo nghiệm các thiết bị nhập nội phục vụ một số khâu sản xuất

- Khảo nghiệm một số cưa xăng trong dây chuyền khai thác gỗ ở Tây Nguyên - Nguyễn Trọng Hùng 1982; “Sử dụng máy kéo TT.4 để vận xuất” - Nguyễn Văn Lợi 1982; “Sử dụng máy kéo để vận chuyển gỗ” - Nguyễn Kính Thảo 1984

- Nghiên cứu, chế tạo một số thiết bị cơ giới hoá khai thác gỗ: Nguyễn Kính Thảo: “Thiết kế máy kéo khung gập vận xuất gỗ L-35”; Lê Duy Hiền:

“Thiết kế đường cáp Visen vận xuất gỗ”; Viện khoa học Lâm nghiệp đã thiết

kế, chế tạo rơ moóc chở gỗ dài, đường cáp vận xuất gỗ 1A…

Từ những năm 90 của thế kỷ trước đến nay, do hạn chế khai thác rừng

tự nhiên nên các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào công nghệ và thiết bị khai thác rừng trồng Có thể liệt kê ra đây một vài công trình tiêu biểu

- Trịnh Hữu Lập: “Hoàn chỉnh quy trình công nghệ vận xuất gỗ, vận chuyển gỗ rừng trồng”; “Thiết kế lắp đặt đường cáp kéo căng thả chùng vận xuất gỗ”

- Đề tài cấp Nhà nước KN-03-04 “Thử nghiệm hoàn thiện và áp dụng công nghệ khai thác, chế biến và bảo quản gỗ nhỏ” do TS Nguyễn Kính Thảo làm chủ nhiệm đã tạo ra được 1 mẫu máy có thiết bị tời cáp dẫn động cơ khí,

cơ cấu nâng gỗ dẫn động thuỷ lực, thiết bị có thể gom gỗ từ xa, tự bốc gỗ lên

rơ mooc và vận chuyển ở cự li ngắn Đã khảo nghiệm cưa xăng Partner P-70

và tời 2 trống, chặt hạ và vận xuất gỗ ở trong rừng ngập mặn

- Nguyễn Nhật Chiêu “Thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm thiết bị vận xuất, bốc dỡ, vận chuyển để khai thác gỗ nguyên liệu giấy và gỗ nhỏ rừng trồng”

- Nguyễn Văn Quân “Nghiên cứu áp dụng máy kéo bánh hơi để vận xuất gỗ rừng trồng”

Năm 2005, thực hiện đề tài nghiên cứu cấp nhà nước: “Nghiên cứu lựa chọn công nghệ và hệ thống thiết bị cơ giới hóa các khâu làm đất, trồng, chăm sóc rừng trồng và khai thác gỗ” thuộc chương trình khoa học công nghệ trọng điểm cấp nhà nước giai đoạn 2001 – 2005 KC07 đã thiết kế chế tạo được mẫu tời thuyền tự hành 1 trống để vận xuất gỗ rừng trồng, công suất 4.2 kW, cự ly gom 50m, lực kéo tối đa 5696N; năng suất 15 – 20 m3/ca

Ưu điểm lớn nhất của tời là thiết kế gọn nhẹ, đơn giản, dễ chế tạo Nhược điểm: cự ly gom gỗ ngắn, lực kéo nhỏ chỉ phù hợp với gỗ rừng trồng, côn ly tâm có độ bền kém

Giai đoạn 2006 – 2010, đề tài trọng điểm cấp bộ “Nghiên cứu công nghệ, cải tiến, thiết kế, chế tạo một số thiết bị phục vụ khai thác chọn rừng

tự nhiên nhằm nâng cao tỷ lệ tận dụng gỗ và hạn chế tác động xấu đến môi trường xung quanh” đã thiết kế, chế tạo được mẫu tời dung lượng cáp lớn lắp trên máy kéo xích DT75 cùng với thiết bị tay bốc thuỷ lực Ưu điểm của

mẫu tời này là có công suất lớn, cự ly kéo gom gỗ xa hơn, khả năng làm việc

ổn định

Tóm lại: Tời là thiết bị vận xuất thông dụng được áp dụng ở nhiều nước trên thế giới và đã được nghiên cứu tương đối hoàn chỉnh và có hệ thống Tùy theo điều kiện địa hình, điều kiện rừng, quy mô sản xuất mà ở đó mỗi nước có những kiểu tời thông dụng khác nhau nhưng nhìn chung xu thế chuyển từ tời cố định sang tời di động nhằm giảm nhẹ công di chuyển, lắp đặt, được nhiều nước quan tâm nghiên cứu Trong số các loại tời đơn giản thì tời được lắp sau máy kéo là loại tời được dùng rất hợp lý đối với việc vận xuất gỗ rừng tự nhiên áp dụng với hình thức chặt chọn Ở nước ta, việc nghiên cứu tời vận xuất chưa được quan tâm nhiều, nghiên cứu chưa thành

hệ thống Cho đến nay chưa có một mẫu tời nào được sản xuất hàng loạt, chưa được thực tế sản xuất chấp nhận Vì vậy, nghiên cứu để ứng dụng tời vào sản xuất là rất cần thiết nhằm tăng năng suất lao động, cải thiện điều kiện làm việc của công nhân

Chương 2

CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI

Để xác định được những yếu tố có ảnh hưởng đến năng suất và chi phí

năng lượng riêng của tời dung lượng cáp lớn lắp trên máy kéo xích khi vận

xuất gỗ bằng phương pháp kéo lết

Trước tiên chúng tôi đi nghiên cứu cở sở lý thuyết về năng suất và chi

phí năng lượng riêng của quá trình kéo gỗ bằng tời, từ đó phân tích các yếu

tố ảnh hưởng đến năng suất và chi phí năng lượng riêng

2.1 Năng suất của tời khi vận xuất

Năng suất là khối lượng gỗ mà tời kéo được trong một đơn vị thời gian

Theo [11] năng suất giờ của tời được xác định bằng công thức:

Q – Tải trọng chuyến danh nghĩa

t – Thời gian thực hiện một chuyến kéo

 – Trọng lượng riêng của gỗ vận xuất

Thời gian thực hiện một chuyến kéo được xác định bằng công thức:

Σt = t1 + t2 + t3 + t4 (s) (2.2)

Trong đó:

t1 – Thời gian nhả cáp từ vị trí máy kéo đứng đến cây gỗ (s)

t2 – Thời gian buộc gỗ (s)

t3 – Thời gian kéo gỗ (s)

t4 – Thời gian dỡ gỗ (s)

Thời gian kéo cáp không tải và có tải được xác định bằng công thức:

ot

tb 1

vot – Tốc độ của cáp khi không tải;

vt – Tốc độ của cáp khi có tải;

Thời gian buộc gỗ và dỡ gỗ được xác định bằng công thức:

q – Trọng lượng trung bình của một khúc gỗ vận xuất;

Thay (2.4), (2.3), (2.2) vào (2.1) ta được

l q

Q a v l

Q N

t tb

ot tb

2.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến năng suất của tời khi vận xuất

Công thức (2.5) cho thấy rằng có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến năng suất của tời khi vận xuất Để tiện cho việc phân tích, đánh giá các yếu tố ảnh hưởng của tời có thể chia chúng làm bốn nhóm:

2.3 Chi phí năng lượng riêng+ Nhóm 1: Các yếu tố thuộc về công tác tổ chức sản xuất gồm có các hệ số sử dụng thời gian  và 1

+ Nhóm 2: Các yếu tố thuộc về công nghệ sản xuất bao gồm cự ly vận xuất trung bình ltb, thời gian buộc gỗ (a), thời gian dỡ gỗ (b)

+ Nhóm 3: Các yếu tố thuộc về điều kiện sản xuất gồm trọng tải trung bình của một khúc gỗ (q) và trọng lượng riêng của gỗ ()

+ Nhóm 4: Các yếu tố thuộc về máy gồm: tải trọng chuyến (Q), vận tốc cáp khi không tải (vot) và vận tốc cáp khi có tải (vt )

Chi phí năng lượng nói chung, chi phí năng lượng riêng nói riêng chiếm một tỷ trọng lớn trong giá thành vận xuất đồng thời nó cũng là chỉ tiêu đánh giá chất lượng của một thiết bị hay sự hoàn thiện của một quá trình Như vậy, mục tiêu của đề tài nghiên cứu là nhằm tìm ra biện pháp kỹ thuật làm giảm chi phí năng lượng, góp phần làm giảm giá thành sản phẩm cũng như nâng cao chất lượng của thiết bị

Chi phí năng lượng riêng, theo [8 ] được xác định bằng công thức:

W – Chi phí năng lượng để làm ra một khối lượng sản phẩm M trong một đơn

vị thời gian t nào đó;

M – Khối lượng sản phẩm làm ra trong khoảng thời gian t

Căn cứ vào nguyên lý họat động của tời lắp sau máy kéo và sơ đồ công nghệ khi vận xuất gỗ bằng tời lắp sau máy kéo, chi phí năng lượng có thể được xác định bằng công thức:

W = Nnc.tnc +Notb + Nt.tt + No.tg (2.7) Trong đó:

Nnc – Công suất của động cơ khi tời thuỷ lực nhả hệ thống dây cáp;

tot – Thời gian nhả cáp;

No – Công suất động cơ trong trạng thái động cơ thuỷ lực đứng yên;

tb - Thời gian buộc gỗ;

Nt – Công suất động cơ khi tời thuỷ lực khi kéo hệ thống dây cáp trong trạng thái có tải;

tt – Thời gian hệ thống cáp chạy có tải;

vot – Tốc độ trung bình của cáp không tải;

η – Hiệu suất truyền động của bộ phận thủy lực

Để cho hệ thống dây cáp chạy được khi không tải, phải thỏa mãn điều kiện sau:

đồ công nghệ khi vận xuất gỗ bằng tời trên máy kéo, xác định được lực cản

Fcot theo công thức sau:

K r

c c c o c

c c c cot

η

f β q Z D

d μ Q F





Trong đó:

Qc - Trọng lượng của trống tời và lượng cáp cuốn trên nó;

µc – Hệ số ma sát trong ổ trục của trống tời;

dc – Đường kính trục của trống tời;

Công suất của động cơ khi kéo hệ thống dây cáp trong trạng thái có tải được xác định theo công thức:

1000η

.v Z

vt – Tốc độ trung bình của cáp khi có tải

Điều kiện để cho hệ thống tời cáp hoạt động được

c c

r

c c c c o p

p

ct

η

sin f cos Q 1000η

η

f β l q Z c D

o c

c c c K

r

c c

c

c

o

ot ot K

r

' o ' c ' c ' c c o c

c c

c

t t N t v 1000η

Z D

d μ Q 1000η

η

f β

l

q

Z

t v 1000η

η

Z f β l q Z D

d μ

2 1 o giò s

t t o c

c c c K

r

c c

c

c

o

giò s

ot ot ' o K

r

c c c c o c

c c

c

r

N

t t N N

.t v 1000η

Z D

d μ Q 1000η

η

f β

Z 1000η

η

f β l q Z D

2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng

Công thức (2.15) cho thấy có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng và cũng cho thấy rằng những yếu tố nào ảnh hưởng đến năng suất (Ng) thì cũng ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng (Nr) Để tiện cho việc phân tích, đánh giá các yếu tố này cũng được chia thành bốn nhóm: + Nhóm 1: Các yếu tố thuộc về công tác tổ chức sản xuất: ,1

+ Nhóm 2: Các yếu tố thuộc về công nghệ sản xuất: Ltb, a, b

+ Nhóm 3: Các yếu tố thuộc về điều kiện sản xuất: fq, fc, q, g

+ Nhóm 4: Các yếu tố thuộc về thiết bị: qc, Q, vot, vt, h, K

r

 …

2.5 Nhận xét

Qua phân tích đánh giá ở trên, thấy rằng có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hai chỉ tiêu năng suất và chi phí năng lượng riêng Tuy nhiên, mỗi một yếu tố ảnh hưởng đến các chỉ tiêu ở mức độ khác nhau

Để tính toán cụ thể nhằm tìm ra các giá trị tối ưu để đạt được năng suất cao nhất, chi phí năng lượng riêng thấp nhất bằng công thức lý thuyết là bài toán hết sức phức tạp và khối lượng công việc rất lớn Vì vậy, cần thiết phải chọn được phương pháp nghiên cứu phù hợp mà vẫn đảm bảo được độ tin cậy của kết quả

Chương 3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là tời dung lượng cáp lớn lắp sau máy kéo xích, để vận xuất gỗ rừng tự nhiên do đề tài cấp Bộ đã thiết kế và chế tạo

3.1.1 Thiết bị vận xuất gỗ rừng tự nhiên do đề tài cấp bộ thiết kế và chế tạo

Thiết bị vận xuất gỗ rừng tự nhiên do đề tài cấp bộ thiết kế và chế tạo bao gồm có:

Máy kéo cơ sở được chọn là máy kéo xích DT – 75 Loại máy này đang được sử dụng trong làm đường, san ủi mặt bằng

Trang bị chuyên dùng gồm có: Tời và hệ thống treo ngoạm gỗ

3 1.1.1 Sơ đồ cấu tạo, nguyên lý hoạt động của thiết bị vận xuất gỗ rừng tự nhiên

* Sơ đồ cấu tạo của thiết bị vận xuất gỗ rừng tự nhiên mà đề tài cấp bộ đã thiết kế và chế tạo

Hình 3.1 Sơ đồ cấu tạo của thiết bị vận xuất gỗ rừng tự nhiên

12

1 Máy kéo cơ sở; 2 Khung chính; 3 Hộp giảm tốc; 4 Động cơ thuỷ lực;

5 Cần treo ngoạm; 6 Khớp nối; 7 Khung ngoạm; 8 Càng ngoạm;

9 Xy lanh nâng hạ cần; 10 Rulô đỡ cáp; 11 Khung đỡ cần; 12 trống tời

* Nguyên lý hoạt động

Thiết bị làm việc như sau: Máy kéo đỗ trên đường vận xuất, dùng tời kéo các cây, khúc gỗ từ nơi chặt hạ đến đường vận xuất bằng phương pháp kéo lết; sau đó sử dụng càng ngoạm kẹp chặt một đầu gỗ và nâng lên một độ cao nhất định Điều khiển máy kéo di chuyển khúc, cây gỗ về bãi I theo phương pháp kéo nửa lết

3.1.1.2 Một số thông số kỹ thuật chính của máy kéo cơ sở

Bảng 3.1 Một số thông số kỹ thuật cơ bản của máy kéo cơ sở

nhiên liệu đặt bên

Kích thước máy kéo, mm

ĐC SMD - 14 5,15 5,74 6,39 7,10 7,90 8,79 10,05 4,41

4,12 4,59 3,53 Lùi 4,05 4,52 5,03 5,54 6,23 6,94 8,54 Lực kéo khi làm việc ở công suất

danh định của động cơ, KG

Dung tích làm việc của xi lanh, lít 6,33

Truyền lực các đăng Trục với bạc đàn hồi

Cơ cấu chuyển hướng 2 bộ phận giảm tốc hành tinh với phanh dải

Truyền lực cuối cùng Cặp bánh răng trụ

Trục thu công suất (568 vòng/phút) theo chiều kim đồng hồ

3.1.2 Tời dung lượng cáp lớn lắp trên thiết bị vận xuất gỗ

Tời được lắp sau máy kéo được bố trí vững chắc trên hệ khung đỡ cùng với bộ phận càng ngoạm kẹp gỗ Động lực để truyền chuyển động quay cho tời là một động cơ thuỷ lực Dầu thuỷ lực có áp lực lớn dẫn đến động cơ thuỷ được tạo ra nhờ một bơm thuỷ lực được lắp ở đầu của trục thu công suất của máy kéo

3.1.2.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tời lắp trên thiết bị vận xuất

* Sơ đồ cấu tạo của tời được trình bày trên hình vẽ 3.2

Hình 3.2 Tời dung lượng cáp lớn dẫn động thuỷ lực

Chú thích:

1.Động cơ thuỷ lực; 2 Khớp nối; 3 Hộp giảm tốc; 4 Trống tời; 5 Phanh hãm

* Nguyên lý làm việc của tời

Khi ta di chuyển máy kéo tới vị trí cần gom gỗ, động lực từ trục thu công suất của máy kéo xích được truyền tới hệ thống dẫn động nối với bơm dầu thuỷ lực, dầu thuỷ lực có áp lực cao được dẫn tới hệ thống van phân phối thuỷ lực, từ hệ thống van phân phối được nối tới động cơ thuỷ lực nhờ các ống dẫn cao áp làm cho động cơ thuỷ lực chuyển động quay Mômen quay từ động cơ thuỷ lực thông qua khớp nối và hộp giảm tốc truyền tới trục trống tời làm cho trống tời quay, tuỳ vào chiều quay của tời (có thể quấn cáp hoặc nhả cáp mà ta có thể điều chỉnh van phân phối thuỷ lực)

3.1.2.2 Một số thông số kỹ thuật chính của tời

* Thông số kỹ thuật của động cơ thuỷ lực

+ Động cơ piston hướng trục, mã hiệu: GLT – GLT 400

+ Mô men quay: 1080 Nm (9558 in-lbs)

3.1.3 Giới hạn nghiên cứu

Do thời gian và điều kiện thực hiện có hạn cho nên đề tài chỉ tập trung vào nghiên cứu sự ảnh hưởng của 2 yếu tố quan trọng nhất đến năng suất và

chi phí năng lượng riêng là tải trọng chuyến Q và độ dốc địa hình khu khai thác , còn các yếu tố khác được giới hạn trong một khoảng nhất định coi như không thay đổi lớn

Địa bàn nghiên cứu được chọn là rừng phòng hộ thuộc Ban quản lý rừng phòng hộ Sông Chàng - Như Xuân - Thanh Hoá và khu vực rừng núi Luốt, trường Đại học Lâm nghiệp

Địa hình khảo nghiệm tôi chọn có các độ dốc là 00, 100 và 200 tương tự như rừng tự nhiên, mặt đất ở trạng thái khô, thực bì ở cấp độ trung bình

Gỗ thí nghiệm có đường kính từ 30cm trở lên, có chiều dài từ 8 mét trở lên và được sắp xếp số lượng cây theo mỗi loại tải trọng trong thí nghiệm

3.2 Phương pháp nghiên cứu

3.2.1 Lựa chọn phương pháp nghiên cứu

Sau khi xác định được mục tiêu nghiên cứu, điều quan trọng sau đó là chọn được phương pháp nghiên cứu phù hợp để giảm bớt được chi phí nghiên cứu mà vẫn đảm bảo được độ tin cậy của kết quả Theo [6] nghiên cứu khoa học được chia ra:

Nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng; nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm

Theo đó, nghiên cứu cơ bản có mục đích phát hiện ra tính qui luật mà đến trước khi nghiên cứu chưa biết trong thiên nhiên Nghiên cứu ứng dụng là pha tiếp theo của nghiên cứu cơ bản Thông qua chúng để thu nhận các hiểu biết mới hoặc vận dụng kiến thức đã có vào thực tế sản xuất

Trong thời đại ngày nay, nghiên cứu ứng dụng là phần đáng kể hơn trong quá trình chung của việc sáng tạo ra kỹ thuật mới Nó là cơ sở để tiếp nhận số liệu, tư tưởng, mẫu và những cái khác được đưa ra Thông qua chúng, các đối tượng, máy móc, qui trình công nghệ mới được thiết kế và đề xuất

Bởi thế phần lớn các nghiên cứu kỹ thuật theo bản chất của chúng là nghiên cứu ứng dụng

Nghiên cứu lý thuyết có mục đích thiết lập một hệ thống quan điểm nào

đó thông qua việc đưa ra những qui luật mới; nghiên cứu lý thuyết thích hợp nhất khi nghiên cứu các đối tượng và hệ thống mà trong đó có thể phân chia

rõ các hiện tượng và các quá trình có cùng bản chất vật lý

Mục đích của nghiên cứu thực nghiệm là tiếp nhận những sự kiện mới, kiến thức khoa học và số liệu khoa học thông qua tổ chức thực nghiệm bằng cách quan sát đối tượng của nhà nghiên cứu Khi nghiên cứu các hệ thống phức tạp mà ở trong đó diễn ra các hiện tượng và quá trình với bản chất khác nhau thì thích hợp hơn là dùng phương pháp thực nghiệm với lý thuyết tương ứng

Từ những phân tích ở trên cho thấy rằng nếu sử dụng phương pháp lý thuyết để xác định sự ảnh hưởng của tất cả các yếu tố đến 2 chỉ tiêu quan tâm

là năng suất và chi phí năng lượng riêng thì phải nghiên cứu toàn diện mức độ ảnh hưởng và cơ chế tác động của từng yếu tố đến các chỉ tiêu quan tâm, khối lượng nghiên cứu sẽ rất lớn Chính vì vậy, để giảm bớt khối lượng công việc lựa chọn phương pháp nghiên cứu thực nghiệm là phù hợp hơn cả Tuy nhiên, phương pháp nghiên cứu thực nghiệm mà chúng tôi sử dụng không phải là thực nghiệm thuần tuý mà là sự kết hợp hài hoà giữa lý thuyết và thực nghiệm; lấy lý thuyết làm cơ sở, làm định hướng ban đầu hỗ trợ giảm bớt khối lượng công việc, rút ngắn thời gian nghiên cứu thực nghiệm

Trong nghiên cứu thực nghiệm, có thể tiến hành thí nghiệm bằng phương pháp cổ điển Nhà thực nghiệm chỉ dựa vào kinh nghiệm và trực giác

để chọn hướng nghiên cứu Các thí nghiệm được tiến hành lần lượt với sự thay đổi từng thông số trong khi giữ nguyên các yếu tố còn lại Phương pháp

cổ điển chỉ cho phép tìm kiếm cái mới phụ thuộc đơn định giữa các chỉ tiêu

đánh giá và các yếu tố ảnh hưởng một cách riêng biệt trong khi làm thực nghiệm một cách riêng rẽ sẽ theo từng yếu tố Mặc dù có trong tay một tập hợp các phương trình thực nghiệm đơn yếu tố nhưng vì chúng chỉ là những trường hợp riêng nên không cho kết quả chặt chẽ về mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố trong mối tác động qua lại giữa chúng cũng không thể tìm kiếm phương án phối hợp tối ưu các yếu tố ảnh hưởng

Nhược điểm của phương pháp nghiên cứu cổ điển là khi nghiên cứu không thấy được hướng chuyển dịch của quá trình, mà khi tìm các điều kiện tối ưu theo quan điểm này các thực nghiệm đó thuộc loại “thụ động”

Vì thấy rõ những nhược điểm của phương pháp nghiên cứu thực nghiệm cổ điển chúng tôi chọn phương pháp nghiên cứu thực nghiệm mà trong đó tiến hành khảo nghiệm máy, thu thập số liệu một cách chủ động theo một kế hoạch và chiến lược xác định trước, đó là phương pháp qui hoạch thực nghiệm

Theo [4] quy hoạch thực nghiệm là cơ sở phương pháp luận của nghiên cứu thực nghiệm hiện đại Đó là phương pháp nghiên cứu mới trong đó công

cụ toán học giữ vai trò tích cực Cơ sở toán học, nền tảng lý thuyết của qui hoạch thực nghiệm là toán thống kế với hai lĩnh vực quan trọng là phân tích phương sai và phân tích hồi qui

3.2.2 Mục tiêu, nhiệm vụ thực nghiệm

3.2.2.1 Mục tiêu, nhiệm vụ thực nghiệm

* Mục tiêu của thực nghiệm là 2 chỉ tiêu năng suất (Ng) và chi phí năng lượng riêng (Nr) khi vận xuất gỗ rừng tự nhiên bằng tời dung lượng cáp lắp sau máy kéo xích

* Nhiệm vụ thực nghiệm:

- Xây dựng phương trình hồi quy thực nghiệm xác định năng suất Ng

- Xây dựng phương trình hồi quy thực nghiệm xác định chi phí năng lượng riêng Nr

- Xác định những thông số tối ưu ảnh hưởng đến năng suất và chi phí năng lượng riêng

- Xác định hệ số cản ma sát giữa gỗ và mặt đất

3.2.2.2 Chọn tham số điều khiển

Tham số điều khiển được trong đề tài tôi chọn để tiến hành khảo nghiệm

là tải trọng chuyến Q và độ dốc địa hình 

3.2.3 Những thông số cần đo, thiết bị đo và phương pháp đo

Để xác định được chi phí năng lượng riêng và năng suất gom gỗ, ta cần xác định lực kéo của tời tại đầu bó gỗ, trọng lượng của bó gỗ, vận tốc kéo của cáp, chiều dài quãng đường vận xuất, thời gian nhả cáp, buộc gỗ, kéo gỗ, tháo gỗ, độ dốc địa hình khảo nghiệm

3.2.3.1 Phương pháp đo lực kéo của cáp tời tại đầu bó gỗ

Để đo lực kéo của dây cáp tại đầu bó gỗ khi vận xuất gỗ ta dùng đầu

đo lực tiêu chuẩn của phòng thí nghiệm đo lường của khoa Cơ điện & Công trình

Mã hiệu của đầu đo lực:

KRAFTAUFNEHMER- FOCE TRANSDUCER (HBM)

Typ Z4

50kN = 2mV/V ≠ G84938

Made in Germany

Hình 3.4 Đầu đo lực (HBM) tiêu chuẩn

Để đo được lực kéo của tời tại đầu bó gỗ kéo theo phương pháp kéo lết,

ta buộc đầu bó gỗ lại rồi móc vào một đầu của đầu đo lực đầu còn lại móc vào móc cáp của tời (hình 3.5) Dây tín hiệu từ đầu đo lực được kết nối với thiết bị

sử lý số liệu DMC- Plus, thiết bị này được kết nối với máy tính sách tay có cài đặt phần mềm sử lý số liệu

Hình 3.5 Sơ đồ ghép nối đầu đo vào bó gỗ và tời kéo

Hình 3.6 Kết nối dây tín hiệu và hiệu chỉnh thiết bị đo

Nguyên lý làm việc của đầu đo lực tiêu chuẩn, các lá điện trở được mắc theo sơ đồ cầu đủ điện trở (hình 3.7)

Hình 3.7 Sơ đồ cầu đủ điện trở

R 1 , R 3 , R 2 ,R 4 – là các tenzo điện trở; U o - điện áp nuôi; U R - điện áp đầu ra

Nguyên lý làm việc của đầu đo lực tiêu chuẩn theo nguyên lý sơ đồ mạch cầu đủ điện trở Mạch cầu đo được xem như một mạch so sánh điện trở, thực chất là so sánh hai mức điện thế; tại thời điểm cân bằng thì điện thế ra bằng 0 (UR= 0) và định thức R1 R3= R2.R4 không phụ thuộc vào điện áp nguồn Khi xuất hiện bất kỳ biến dạng sẽ dẫn đến sự biến đổi điện trở, và lúc này cầu đo bị mất cân bằng xuất hiện một điện áp khác 0 trên đường chéo của cầu từ đó điện áp trên đường chéo của cầu Tenzo, điện áp được lấy ra từ đầu

đo truyền tín hiệu đến thiết bị thu thập và khuyếch đại tín hiệu DMC Plus kết nối với máy tính xách tay và được điều khiển bằng phần mền DMC luPlus

3.2.3.2 Phương pháp xác định trọng lượng gỗ thí nghiệm

Trọng lượng các khúc gỗ thí nghiệm được xác định bằng cách cân, đo với các dụng cụ đo và phương pháp đo thông thường đã biết Theo kế hoạch thực nghiệm, trọng lượng gỗ thí nghiệm yêu cầu là: 1,2T; 1,4T; 1,6T; 1,8T; 2,0T Với khối lượng riêng của gỗ thí nghiệm xác định được 1Tấn/m3, thể tích các bó gỗ tương ứng là 1,2 m3; 1,4 m3; 1,6 m3; 1,8 m3; 2,0 m3

Hình 3.8 Đo xác định thể tích gỗ trước khi khảo nghiệm

3.2.3.3 Phương pháp xác định vận tốc dây cáp

- Vận tốc trung bình của dây cáp theo chiều có tải và không tải được xác định bằng công thức:

t t t

L

ot ot t

L

Trong đó:

+ Vt - Vận tốc trung bình dây cáp theo chiều có tải, (m/s);

+ V0t - Vận tốc trung bình dây cáp theo chiều không tải, (m/s);

+ L - Cự ly gom gỗ, (m);

+ tt - Thời gian dây cáp chạy có tải, (s);

+ tot - Thời gian dây cáp chạy không tải, (s)

Theo [3], để xác định được vận tốc trung bình của dây cáp theo chiều

có tải và không tải cần phải đo cự ly gom gỗ (L), và các yếu tố thời gian

Cự ly gom gỗ được đo bằng thước đo dài; các chi phí thời gian được đo bằng đồng hồ bấm giây theo phương pháp thông thường đã biết

- Đo thời gian: đồng hồ bấm giây AGAT với độ chính xác 0,2s

Hình 3.9 Đo độ dốc địa hình khảo nghiệm bằng máy toàn đạc

3.2.3.4 Phương pháp xác định hệ số cản giữa cây gỗ và mặt đất khi kéo gỗ bằng tời

Trong các tài liệu tính toán lực cản ma sát giữa gỗ và mặt đường vận xuất, trong trường hợp kéo gỗ theo phương pháp kéo lết hay nửa lết, hệ số ma sát (fms) chủ yếu là chọn theo các sách của châu Âu hay Trung Quốc, mà chưa