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

luận văn, tiến sĩ, thạc sĩ, báo cáo, khóa luận, đề tài

Bộ giáo dục và đào tạo Trường đại học nông nghiệp Hà Nội

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, những số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và ch−a hề đ−ợc sử dụng để bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã đ−ợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này

đã đ−ợc chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả Tác giả

Nguyễn Thị Hồng Mến

bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến:c đến:c đến:

Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS TS Nông Văn Vìn đã trực tiếp hướng dẫn, và tận tình chỉ bảo và giúp đỡ tôi thực hiện đề tài này.trực tiếp hướng dẫn, và tận tình chỉ bảo và giúp đỡ tôi thực hiện đề tài này Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ, giáo viên bộ môn Động Lực

Lực Khoa Cơ Điện và toàn thể các thầy cô g Khoa Cơ Điện và toàn thể các thầy cô g Khoa Cơ Điện và toàn thể các thầy cô giáo trong Khoa Cơ Điện iáo trong Khoa Cơ Điện iáo trong Khoa Cơ Điện Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thầy cô giáo đã trực tiếp giảng dạy tôi trong quá trình học tập tại trường và các thầy cô giáo Khoa Sau Đại Học

Khoa Sau Đại Học Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội

Vì thời gian có hạn, nănVì thời gian có hạn, năng lực còn hạn chế nên cuốn luậg lực còn hạn chế nên cuốn luậg lực còn hạn chế nên cuốn luậnnnn văn này văn này không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong Hội đồng chấm luận văn Quốc gia, bạn bè đồng nghiệp, bạn đọc góp ý chân thành

Quốc gia, bạn bè đồng nghiệp, bạn đọc góp ý chân thành

Tôi xin chân thành cảm ơn!Tôi xin chân thành cảm ơn!

Tác giả Tác giả

Nguyễ Nguyễn Thị Hồng Mến n Thị Hồng Mến

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

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

DANH MỤC CÁC BẢNG

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

DANH MỤC CÁC HÌNH

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

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

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

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"

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

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

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

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

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

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

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

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,

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 LTK-

80 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,

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,

chế tạo một rơ mooc vận chuyển gỗ rừng trồng phù hợp với máy kéo cải tiến Các kết quả nghiên cứu ban đầu đã khẳng định tính ưu việt của liên hợp máy này khi vận chuyển trên các đường đồi dốc lâm nghiệp và có triển vọng áp dụng vào thực tế sản xuất Tuy nhiên để có thể đưa loại liên hợp máy này vào thực tiễn sản xuất trên vùng đồi dốc thì cần phải tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện kết cấu và công năng cho phù hợp với các điều kiện sử dụng khác nhau Nhất là hệ thống truyền động thuỷ lực cho rơ mooc

1.2 TRUYỀN ĐỘNG THUỶ LỰC

1.2.1 Khái quát về truyền động thuỷ lực

Truyền động thuỷ lực có thể coi là một quá trình biến đổi năng lượng giữa cơ năng và thuỷ năng từ bộ phận này sang bộ phận khác trong máy móc Trong hệ thống truyền động thuỷ lực, năng lượng được truyền qua hai lần chuyển hoá: từ cơ năng thành năng lượng của dòng chất lỏng, dòng chất lỏng được dẫn đến một vị trí thuận lợi sau đó được chuyển hoá lại thành cơ năng

và truyền đến bộ phận nhận năng lượng Tuỳ theo việc sử dụng năng lượng của dòng chất lỏng là thế năng hay động năng mà hệ thống được gọi là truyền động thuỷ tĩnh hay truyền động thuỷ động

Trong bộ phận truyền lực của máy móc hiện nay, truyền động thuỷ lực đóng vai trò rất quan trọng do có nhiều ưu điểm như: công suất truyền lớn, truyền động êm, phòng được tình trạng quá tải, độ nhạy và độ chính xác cao, truyền động vô cấp và có khả năng đảo chiều chuyển động, tự động hoá đơn giản, sửa chữa, bảo dưỡng, lắp đặt dễ dàng kể cả các phần tử phức tạp bằng cách sử dụng các phần tử tiêu chuẩn hoá Chính vì vậy mà truyền động thuỷ lực ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống máy phục vụ cho mọi lĩnh vực sản xuất

Thông thường một hệ thống truyền động thuỷ lực gồm có các bộ phận chính sau:

- Bơm thuỷ lực làm nhiệm vụ biến đổi cơ năng thành thuỷ năng;

- Động cơ thuỷ lực làm nhiệm vụ biến đổi thuỷ năng thành cơ năng của khâu ra;

- Hệ thống đường ống và cơ cấu lọc chất lỏng;

- Hệ thống van và các thiết bị kiểm tra

Với các máy móc và phương tiện vận chuyển cần vận tốc lớn thông thường sử dụng hệ thống truyền động thuỷ động Còn trên các máy kéo và các thiết bị tĩnh tại không yêu cầu vận tốc quá cao nhưng lại cần mô men lớn để thực hiện những công việc riêng đặc thù thì hệ thống truyền động thuỷ tĩnh sẽ đáp ứng tốt hơn do hệ truyền động thuỷ tĩnh dễ dàng tăng công suất truyền tải nhờ tăng áp suất làm việc trong hệ thống Chính vì vậy, hệ thống truyền lực trên các máy kéo và thiết bị tĩnh tại so với truyền động thuỷ động thì truyền động thuỷ tĩnh chiếm ưu thế hơn

Truyền động thuỷ tĩnh là truyền động thuỷ lực trong đó hai khâu chính của truyền động là bơm thuỷ lực thể tích và động cơ thuỷ lực thể tích Đây là loại truyền động thường gặp trong hệ thống truyền lực của máy kéo, ô tô máy kéo và các phương tiện vận chuyển khác

1.2.2 Trang bị thuỷ lực trên các liên hợp máy vận chuyển nông lâm nghiệp

Với các loại máy kéo hiện đại, truyền động thuỷ lực có mặt ở hầu hết các bộ phận của máy Các loại máy kéo như Kobuta, TDT 40, MTZ, Shibaura đang được sử dụng trong nông lâm nghiệp thường được trang bị hệ thống thuỷ lực với nhiệm vụ để nâng hạ các máy công tác Các hệ thống thuỷ lực này được thiết kế theo công suất máy kéo hoặc theo tải trọng nâng, nhưng thông thường chúng có công suất khá nhỏ trừ một số loại máy kéo như MTZ - 80/82

Hệ thống thuỷ lực có mặt trong các hệ thống như trợ lực lái, phanh, nâng hạ, tăng trọng lượng bám đã giúp cho việc sử dụng máy kéo an toàn hơn, đạt hiệu quả cao hơn Việc điều khiển, điều chỉnh dễ dàng hơn

Hệ thống truyền động thuỷ lực trợ giúp cầu mooc trên liên hợp máy kéo Shibaura-3000A với rơ mooc RMH-3000 do đề tài cấp nhà nước KC.07 -

26 thiết kế gồm các phần tử: máy bơm, mô tơ thuỷ lực, van phân phối, các đường ống dẫn, thùng dầu, van an toàn Bơm dầu nhận mô men từ trục thu công suất để cung cấp dầu áp lực cao đến động cơ thuỷ lực, động cơ sẽ biến đổi năng lượng dòng chất lỏng do bơm tạo ra thành mô men quay đến hộp số phụ và truyền đến cầu mooc tạo thành lực chủ động trợ giúp cho liên hợp máy trong những trường hợp cần thiết

1.2.3 Thị trường thuỷ lực ở Việt Nam

Với những ưu điểm của mình, truyền động thuỷ lực từ lâu đã được ứng dụng rộng rãi trong các máy móc nói chung và các máy móc phục vụ cho công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá nông nghiệp nông thôn nói riêng Việc thiết kế và lắp đặt một hệ thống thuỷ lực cũng không gặp nhiều khó khăn Do hiện nay các thiết bị của hệ thống thuỷ lực có sẵn rất nhiều trên thị trường, giá thành khá đa dạng phụ thuộc vào loại thiết bị và nước sản xuất Các thiết bị phần nhiều là các thiết bị ngoại nhập từ các nước như: Đài Loan, Đan Mạch, Đức, Nhật Bản Các thiết bị sản xuất trong nước tuy giá thành tương đối thấp nhưng chất lượng thì còn hạn chế Do đó với các phần tử đòi hỏi độ chính xác cao, chịu áp lực lớn thì ít được sử dụng

Như vậy sau khi thiết kế, việc lắp đặt một hệ thống truyền động trợ giúp thuỷ lực là tương đối dễ dàng Trong quá trình sử dụng, việc bảo hành, bảo dưỡng, sửa chữa cũng rất thuận lợi

KẾT LUẬN CHUNG

Từ những vấn đề trên có thể đi đến một số kết luận như sau:

1 Công nghệ khai thác rừng trồng rất đa dạng Điều quan trọng là phải lựa chọn được công nghệ phù hợp với điều kiện rừng, điều kiện kinh tế - xã hội, cơ sở hạ tầng và các dịch vụ kỹ thuật ở các địa phương diễn ra các hoạt động khai thác rừng Thực tế sản xuất cho thấy công nghệ trung bình với nguồn động lực là máy kéo nông nghiệp được lắp đặt thêm các trang bị lâm nghiệp chuyên dùng thường tỏ ra thích hợp với các nước đang phát triển

2 Công nghệ khai thác rừng trồng ở nước ta hiện nay phổ biến là công nghệ thủ công, tỷ lệ cơ giới hoá thấp đặc biệt là khâu vận xuất gỗ từ nơi chặt

hạ về tập trung tại các bãi gỗ nhỏ ven đường Tuy đã có một số nghiên cứu nhằm cơ giới hoá khâu sản xuất này nhưng cho đến nay vẫn chưa có những giải pháp và công nghệ, thiết bị phù hợp

3 Đã có nhiều nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật khi sử dụng máy kéo nông nghiệp trong khai thác rừng song ít các nghiên cứu xây dựng cơ sở lý thuyết để thiết kế hoặc lựa chọn các trang bị lâm nghiệp kèm theo máy kéo nông nghiệp Ở nước ta đã có một số nghiên cứu về sử dụng máy kéo nông nghiệp để khai thác rừng trồng nhưng vẫn chưa đạt kết quả mong muốn

4 Điều kiện làm việc của các máy kéo dùng để vận xuất gỗ trên vùng đồi dốc là rất khó khăn nên để đáp ứng được yêu cầu công việc đòi hỏi các máy kéo được cải tiến phải có khả năng bám tốt Hệ thống truyền động thuỷ lực với các ưu điểm nổi bật so với hệ thống truyền động cơ học cổ điển, khi được thiết kế hợp lý có khả năng đáp ứng được yêu cầu công việc của liên hợp máy trong trường hợp này

Dựa trên các thiết bị có sẵn của đề tài KC - 07 -26 tôi tiến hành thực

hiện đề tài "Nghiên cứu khả năng kéo của liên hợp máy kéo 3000A với rơ mooc truyền động thuỷ lực"

SHIBAURA-1.3 MỤC ĐÍCH VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

1.3.1.Mục đích của đề tài

Dựa trên mẫu máy đã có sẵn của đề tài KC-07-26, tiến hành nghiên cứu

lý thuyết khả năng kéo của máy kéo khi kéo rơ mooc chủ động được dẫn động thuỷ lực làm cơ sở lựa chọn chế độ sử dụng hợp lý và góp phần hoàn thiện cơ sở thiết kế hệ thống dẫn động thuỷ lực cho cầu rơ mooc

1.3.2 Nhiệm vụ nghiên cứu

Để thực hiện mục tiêu trên luận văn đã thực hiện các nhiệm vụ sau:

- Tìm hiểu đặc điểm kỹ thuật của máy kéo SHIBAURA-3000A và rơ mooc RMH-3000

- Nghiên cứu lý thuyết truyền động thuỷ lực

- Nghiên cứu lý thuyết liên hợp máy

- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất kéo bám của máy kéo

- Xây dựng mô hình tính toán khả năng kéo của máy kéo khi kéo rơ mooc một cầu chủ động truyền động thuỷ lực

- Xây dựng chương trình tính toán để khảo sát khả năng kéo của liên hợp máy theo mô hình đã lập

Chương2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Do thiết bị được nghiên cứu, thiết kế, chế tạo với mục đích chủ yếu phục vụ khai thác gỗ trong rừng trồng do vậy trước khi tiến hành các nội dung nghiên cứu cần phải tìm hiểu các đặc điểm về đường vận xuất gỗ rừng trồng, kích thước cây gỗ khai thác ở nước ta và các thiết bị dùng để vận xuất gỗ

2.1.1 Đường vận xuất gỗ và kích thước cây gỗ khai thác ở nước ta

2.1.1.1 Đặc điểm đường vận xuất lâm nghiệp nước ta

Rừng nước ta thường được trồng ở các vùng trung du miền núi với địa hình chủ yếu dạng đồi bát úp, mái dông hoặc dạng thung lũng Muốn sử dụng các loại máy kéo để vận xuất gỗ từ nơi khai thác ra đến nơi tập trung các cơ

sở sản xuất lâm nghiệp phải tiến hành làm các tuyến đường vận xuất

Đường cho các loại máy kéo vận xuất gỗ gồm có các đường vận xuất chính và đường vận xuất phụ Đường vận xuất chính là các tuyến đường nối tiếp với các tuyến đường ô tô đi vào trung tâm các lô khai thác, còn đường vận xuất phụ là các đường nhánh toả ra từ đường vận xuất chính đi tới từng lô khai thác nhỏ Tại nơi tiếp giáp giữa đường vận xuất chính và đường ô tô đi vào người ta bố trí các điểm tập trung gỗ Đường vận xuất chính là những tuyến đường được thiết kế và xây dựng theo tiêu chuẩn đường lâm nghiệp

Đường vận xuất phụ là những tuyến đường đi qua lô khai thác, toả ra từ đường vận xuất chính Chiều rộng của mặt đường vận xuất phụ tuỳ thuộc vào phương tiện vận xuất và chiều dài của cây gỗ vận chuyển Trên hành lang đường vận xuất phụ các chướng ngại vật như gốc cây, đá, mô đất và các hố lớn đã được lấp hoặc san phẳng Khi dùng máy kéo bánh hơi để vận xuất gỗ thì yêu cầu nền đường phải cứng, độ dốc dọc cho phép dưới 25%, mặt đường vận xuất thường không có độ dốc ngang để đảm bảo an toàn cho người và

máy khi vận xuất gỗ Cự ly vận xuất không quá dài Việc bố trí các đường vận xuất phụ phụ thuộc vào từng dạng địa hình cụ thể có thể bố trí theo dạng xoáy

ốc, dạng xương cá hay dạng đường con rắn

Dựa vào các chỉ tiêu kỹ thuật và sơ đồ bố trí mạng lưới đường vận xuất

mà nhiều cơ sở trồng rừng đã xây dựng được một mạng lưới đường vận xuất tương đối hoàn chỉnh nhất là tại các khu rừng trồng làm nguyên liệu của các lâm trường và nhà máy

2.1.1.2 Kích thước cây gỗ khai thác ở nước ta

Rừng trồng nước ta chủ yếu để làm nguyên liệu cho các nhà máy giấy

Do vậy chúng thường được trồng tập trung với quy mô tương đối lớn trong các lâm trường quốc doanh, còn tại các hợp tác xã và hộ gia đình rừng bị phân tán trên các dạng địa hình khác nhau Theo quy định chung của các công ty nguyên liệu giấy: Gỗ nguyên liệu khi nhập về nhà máy không được mục nát

và phải đảm bảo yêu cầu về kích thước như sau

Chiều dài: 4 m

Đường kính đầu nhỏ: trên 6 cm

Đường kính gỗ ngang ngực : 11 cm đến 16 cm

Trọng lượng riêng của gỗ: 0,6 tấn/ m3

Với các kích thước trên thì hệ số trọng tâm (Kc) của gỗ: 0,42 đến 0,45 ( Hệ số trọng tâm Kc: là tỷ số giữa khoảng cách trọng tâm đến đầu gốc khúc gỗ và toàn bộ chiều dài cây gỗ) [17]

Qua tìm hiểu đặc điểm rừng trồng trong nước ta nhận thấy: nhìn chung rừng trồng nước ta chủ yếu là rừng thuần loại, cây sinh trưởng nhanh, ít cành nhánh, nơi chặt hạ cách đường vận xuất không quá xa, rừng ít dây leo, cây bụi, nhiều khu rừng đã có hệ thống mạng lưới đường vận xuất tương đối hoàn chỉnh tạo điều kiện thuận lợi cho các loại máy hoạt động để cơ giới hoá các khâu sản xuất

2.1.2 Thiết bị vận xuất

Thiết bị vận xuất được chọn nghiên cứu trong luận văn là liên hợp máy kéo SHIBAURA-3000A và Rơ mooc RMH-3000 do đề tài cấp nhà nước KC.07 - 26 cải tiến và chế tạo

2.1.2.1 Máy kéo

Nguồn động lực dùng để vận xuất gỗ rừng trồng được sử dụng trong đề tài là máy kéo SHIBAURA-3000A Đây là loại máy kéo bánh hơi, hai cầu chủ động, sử dụng động cơ Diesel 4 kỳ, loại 4 xilanh, bơm cao áp 4 nhánh độc lập cung cấp cho 4 máy, là loại máy kéo liền khung do Nhật Bản sản xuất, có công dụng chính để thực hiện cơ giới hoá nông nghiệp ở khu vực đồng bằng với các thông số kỹ thuật sau [25]

Hình 2.1 Hình ảnh máy kéo SHIBAURA-3000A và Rơ mooc RMH-3000

Bảng 2.1- Đặc tính kỹ thuật của máy kéo SHIBAURA-3000A

Động cơ:

- Loại động cơ: Điêzel 4 kỳ

- Mã hiệu: SD - 3000A

- Công suất danh nghĩa

- Số vòng quay danh nghĩa

30

2800

Hp v/ph Cầu trước:

mm

mm

Trọng lượng (G):

- Trên cầu trước (G1)

- Trên cầu sau (G2)

Trên máy kéo SHIBAURA-3000A sử dụng loại động cơ mã hiệu SD-3000 thông số và đặc tính kỹ thuật được cho trong bảng 2.2

Bảng 2.2 Khả năng chịu tải và chi phí nhiên liệu động cơ SD - 3000 [14]

Hộp số sử dụng trong hệ thống truyền lực sử dụng trên máy kéo SHIBAURA-3000A là hộp số cơ học Tỷ số truyền của hộp số được cho trong bảng 2.3

Bảng 2.3 Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực

317,38 247,05 200,96 265,19

144,47 113,76 91,82 122,70

68,98 52,34 41,36 56,90

Sơ đồ xác định các thông số kỹ thuật coả rơ mooc được thể hiện trên hình 2.2 Các thông số kỹ thuật của rơ mooc cho trong bảng 2.4 [14]

Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật Rơ mooc RMH-3000

Chiều dài từ điểm nối mooc đến trục bánh xe Lm 3,094 M

Chiều dài từ trục bánh xe đến cuối thùng Lc 0,893 M

Sơ đồ truyền động cho cầu mooc

δ ≤ 8% tại số truyền vận chuyển thấp nhất Đảm bảo an toàn cho hệ thống truyền lực

Hình 2.3 Sơ đồ động học của LHM có truyền động thuỷ lực trợ

giúp cầu mooc

1- động cơ máy kéo; 2- ly hợp; 3-hệ thống truyền lực máy kéo; 4- hệ thống

truyền động trích công suất; 5- bơm dầu; 6- động cơ thuỷ lực; 7- hộp số

phụ; 8- trục cac đăng; 9- hộp vi sai cầu mooc; 10- phần chuyển động tịnh

tiến của LHM

i T - tỷ số truyền từ ly hợp đến bánh chủ động máy kéo; i S tỷ số truyền trục

trích công suất; i P - tỷ số truyền hộp số phụ; i VS - tỷ số truyền hộp vi sai

Bảng 2.5 Tỷ số truyền các phần tử truyền động cơ học của cầu mooc

Để giải quyết vấn đề trên, trong đề tài cấp nhà nước KC.07-26 đã chọn

sơ đồ truyền động thuỷ lực kết hợp với hộp số cơ học để truyền động cho cầu mooc Sơ đồ truyền động thuỷ lực cầu mooc được thể hiện như sơ đồ hình 2.4

Sơ đồ truyền động thuỷ lực cầu mooc

- Sự hoạt động của hệ thống:

Bơm thuỷ lực được truyền động từ động cơ máy kéo qua trục trích công suất Nếu van phân phối 8 để ở thế bơi dầu thuỷ lực được bơm về thùng

cũn động cơ thuỷ lực cú thể quay tự do theo bỏnh xe cầu mooc Nếu van phõn phối để ở vị trớ a thỡ động cơ thuỷ lực sẽ quay phải, tương ứng với chiều tiến của liờn hợp mỏy Khi vận tốc quay trục động cơ thuỷ lực ω2 bằng vận tốc quay quy đổi từ bỏnh xe ωqd (ω2 = ωqd), lỳc đú hệ thống hoạt động ở chế độ khụng tải Khi ω2 > ωqd lưu lượng vào động cơ sẽ lớn hơn lưu lượng ra, làm xuất hiện sự tăng ỏp suất trong động cơ, lỳc này hệ thống truyền động bắt đầu hoạt động để bổ sung mụ men quay cho cầu mooc Khi ω2 < ωqd lưu lượng vào động cơ thuỷ lực nhỏ hơn lưu lượng ra, chuyển động quay của cỏc bỏnh

xe cầu mooc truyền ngược về động cơ thuỷ lực

Tớnh chất vi sai thuỷ lực ở đõy được hiểu là nhờ hệ thống truyền động thuỷ lực sẽ tự động việc gài và ngắt cầu chủ động rơ mooc khi cần thiết

Hình 2.4 Sơ đồ truyền động thủy lực cho cầu mooc

1 - trục sơ cấp hộp số; 2 - hộp số gài trục trớch cụng suất; 3 - trục trớch cụng suất;

4 - thựng dầu; 5 - bơm dầu; 6 - van an toàn; 7 - van phõn phối 2/2; 8 - van phõn phối 4/3; 9 - động cơ thuỷ lực; 10 - hộp số phụ của cầu mooc; 11 - trục cỏc đăng; 12 - hộp vi sai cầu mooc; 13 - khoỏ "K" liờn kết với phanh mooc.

Khi độ trượt máy kéo còn nhỏ, vận tốc quay theo bánh xe cầu mooc còn lớn hơn vận tốc quay đưa đến từ động cơ thuỷ lực thì hệ thống hoạt động không tải, dầu từ bơm chảy không tải qua động cơ về thùng Nếu xuất hiện độ trượt máy kéo đủ lớn sẽ làm giảm vận tốc quay của bánh xe cầu mooc đến mức nhỏ hơn vận tốc quay từ động cơ thuỷ lực thì hệ thống bắt đầu hoạt động

để cấp thêm mô men chủ động vào cầu mooc giúp cho liên hợp máy vượt qua trở ngại cục bộ đó

Khi quá tải, van an toàn 6 sẽ mở để giới hạn áp suất trong hệ thống Trong trường hợp phanh liên hợp máy chuyển động chậm lại, truyền động thuỷ lực cần được ngắt

Trên hệ thống bố trí một van phân phối 7 điều khiển điện từ Khi đạp phanh, áp suất thuỷ lực của hệ thống phanh sẽ tác động đóng khoá điện 13, Van phân phối 7 được mở ra cho dầu trở về thùng 4, bơm thuỷ lực 5 ngừng cung cấp cho hệ thống truyền lực và cầu mooc hoạt động như cầu bị động

Nếu van phân phối 8 đặt ở vị trí b động cơ thuỷ lực sẽ quay trái thực hiện trợ giúp chuyển động lùi

Như vậy với sơ đồ truyền động hình 2.4 liên hợp máy có thể thực hiện

tự động gài cầu mooc khi máy kéo không đủ bám và tự động ngắt khi đủ bám hoặc phanh Bằng kết quả thử nghiệm, tính toán đề tài KC-07 đã lựa chọn các phần tử trong hệ thống thuỷ lực trợ giúp cầu mooc như sau

- Các phần tử chính của hệ thống truyền lực cầu mooc [5]

- Thùng dầu

Thùng dầu do đề tài KC-07-26 tự chế tạo với các thiết bị phụ trợ sau: Nắp thùng dầu loại HY - OCT, thước đo dầu loại LS - 3, đồng hồ báo áp suất dầu loại ASHUN với pmax = 15 MPa Tất cả các thiết bị trên đều do Đài Loan sản xuất

- Bơm thuỷ lực

Loại bơm bánh răng do Liên Xô cũ sản xuất ký hiệu Н Ш 50 với thông

số kỹ thuật sau: lưu lượng 47,5 l/ph, sốvòng quay 950 v/ph

- Động cơ thuỷ lực

Động cơ mã hiệu OPM - 50 do Đan Mạch sản xuất

Công suất 10 kW, tốc độ quay cực đại 1230 v/ph, lưu lượng 60 l/ph, áp suất cực đại 14 MPa, áp suất khởi động 1 MPa, tốc độ nhỏ nhất 10 v/ph, đường kính trục 25 mm

Ống dẫn dầu chịu áp suất cao (15 MPa), khớp nối tháo lắp nhanh do Đài Loan sản xuất

- Van chặn dòng

Sử dụng van do Đài Loan sản xuất, áp suất cho qua 3000 Psi (≈ 20,7 MPa)

- Van phân phối 2/2

Van phân phối 2/2 sử dụng loại van mã hiệu AHD - G03 - 2B2 - 10 do Đài Loan sản xuất, điều khiển điện từ với điện áp 12 V

- Van phân phối 4/3

Van phân phối 4/3 sử dụng loại có mã hiệu ASHUN - DMG do Đài Loan sản xuất, lưu lượng 80 l/ph, áp suất cực đại 25 MPa, điều khiển bằng tay

có 3 vị trí: quay trái, quay phải, và trung gian (bơi), đế van mã hiệu MMC -

03 do Đài Loan sản xuất

- Van an toàn

Mã hiệu MRV - 03P - H do Đài Loan sản xuất

Khoảng điều chỉnh áp suất: 0 ÷ 13 MPa, điều chỉnh trực tiếp bằng tay

- Hộp số phụ

Hốp số phụ được bố trí để giảm tốc độ quay từ trục động cơ thuỷ lực đến trục các đăng Hốp số phụ được sử dụng trong đề tai là hộp số cơ khi 3 tốc độ (3 số tiến, 1 số lùi) của xe Bắc Kinh tải do Trung Quốc sản xuất

- Trục các đăng

Sử dụng trục các đăng của ôtô do Liên Xô cũ sản xuất

- Hộp vi sai cầu mooc

Sử dụng cầu sau của xe ô tô GA3 - 51 do Liên Xô cũ sản xuất gồm có truyền lực chính, bộ vi sai, bán trục và mâm phanh

- Bánh xe cầu mooc

Bánh xe ký hiệu 900-20 (dùng cho xe Zil - 130)

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Để đáp ứng mục tiêu và nội dung nghiên cứu của đề tài là: "nghiên cứu khả năng kéo của máy kéo liên hợp với rơ mooc một cầu truyền động thuỷ lực", trong luận văn sử dụng một số phương pháp sau

2.2.1 Phương pháp giải tích

Sau khi lựa chọn được mô hình tính toán, viết được sơ đồ biểu diễn quá trình truyền lực trong hệ thống truyền lực của liên hợp máy, kết hợp với việc đưa ra một số giả thiết và sử dụng những thông số ban đầu đã biết, dựa vào các định luật cơ học để thiết lập và giải các phương trình cân bằng lực và mô men tác động lên liên hợp máy trong quá trình vận chuyển

Đây là phương pháp chính để giải các bài toán động lực học của liên hợp máy Độ chính xác và tin cậy của kết quả phụ thuộc rất nhiều vào việc lựa chọn và sử dụng các giả thiết trong quá trình tính toán

2.2.2 Phương pháp số

Do quá trình chuyển động của liên hợp máy chịu tác động của nhiều yếu tố ngẫu nhiên mà người sử dụng không thể kiểm soát được như sự thay đổi của hệ số bám, hệ số cản lăn giữa bánh xe với mặt đường, sự thay đổi của lực quán tính, lực cản không khí tới quá trình chuyển động của liên hợp máy

Sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ nhớt của dầu trong hệ thống truyền lực cầu moóc Do vậy kết quả bài toán chỉ có thể nhận được theo phương pháp gần

đúng Một trong những phương pháp gần đúng được sử dụng trong luận văn

là phương pháp số kết hợp với sự trợ giúp của máy tính đặc biệt là phần mềm Dasylab và Matlab

Dasylab là phần mềm thu thập và xử lý số liệu rất đa năng Các phép tính, thuật toán được tích hợp trên các mô đun người sử dụng chỉ việc lấy ra

từ các thư viện và kết nối chúng lại với nhau thành một chuỗi các mô đun để thực hiện công việc mà mình yêu cầu Trước khi dữ liệu được đưa vào máy tính sử dụng phần mềm Dasylab để xử lý cần qua một thiết bị chuyển đổi Analog - Digital (card A/D) Thông qua card A/D, tất cả các tín hiệu ra của thiết bị đều được đưa vào máy tính có cài đặt phần mềm thu thập và xử lý số liệu Dasylab Phần mềm này với nhiều module chức năng sẵn có, cho phép

mô phỏng Simulink quá trình thu thập và xử lý sơ bộ cũng như hiển thị các kết quả đo lường

Matlab là một phần mềm mạnh, vừa có khả năng lập trình như nhiều ngôn ngữ khác, vừa là một môi trường tính toán thực dụng, người sử dụng có thể dùng ngay hàng loạt các hàm và chương trình con được lập trình sẵn để giải quyết các bài toán về ma trận, đại số tuyến tính giải tích số cũng như các vấn đề về đồ hoạ và mô phỏng Trong luận văn sẽ ứng dụng phần mềm này để tiến hành khảo sát khả năng kéo của máy kéo liên hợp với rơ mooc

Chương 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH KHẢO SÁT TÍNH NĂNG KÉO CỦA MÁY KÉO LIÊN HỢP VỚI RƠ MOOC TRUYỀN ĐỘNG THUỶ LỰC

3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Với các liên hợp máy kéo vận chuyển, trong quá trình làm việc hàng hoá hầu hết được xếp trên rơ mooc nên để tăng trọng lượng bám của liên hợp máy người ta thường sử dụng rơ mooc chủ động Tuy nhiên, do máy kéo và

rơ mooc 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 vào các đoạn đường gập ghềnh hoặc khi quay vòng Để hạn chế hư hỏng cho hệ thống truyền lực đồng thời tránh quá tải cho liên hợp máy, tận dụng tối đa được công suất động

cơ thì hệ thống truyền lực cho cầu mooc có thể sử dụng truyền động thuỷ lực

Liên hợp máy kéo với rơ mooc một cầu chủ động có nhiều điểm khác

so với máy kéo kéo rơ mooc thông thường Về mặt động lực học điểm khác biệt ở chỗ trọng lượng bám của liên hợp máy không phải chỉ là trọng lượng bám của bản thân máy kéo mà là tổng hợp trọng lượng bám của cả máy kéo

và rơ mooc Điều này làm khả năng bám của liên hợp máy tăng lên rất nhiều

Lực kéo tiếp tuyến giúp cho liên hợp máy chuyển động là tổng hợp của hai thành phần lực kéo tiếp tuyến ở bánh chủ động của máy kéo và rơ mooc

Rơ mooc chuyển động được không chỉ nhờ lực kéo ở điểm móc với máy kéo

mà ngay bản thân rơ mooc thông qua hệ thống truyền lực cầu mooc cũng tạo

ra một lực chủ động làm rơ mooc chuyển động Hệ thống truyền động thuỷ lực có nhiều điểm khác so với truyền động cơ học, đó là trong quá trình làm việc hệ thống chỉ hoạt động ổn định trong một khoảng tốc độ nhất định Ngoài khoảng tốc độ này hệ thống sẽ không thể hoạt động hoặc hoạt động không ổn định

Do lực kéo tiếp tuyến được sinh ra ở cả bánh xe chủ động máy kéo và