Nghiên cứu một số tính chất động học và động lực học của thiết bị tời cáp càng ngoạm gỗ lắp sau máy kéo DT 75 để vận xuất gỗ rừng tự nhiên

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP CAO BÁ HOÀNG NGHIÊN CỨU MỘT SỐ TÍNH CHẤT ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA THIẾT BỊ TỜI CÁP – CÀNG NGOẠM GỖ LẮP SAU MÁY KÉO DT -75 ĐỂ VẬN XUẤT GỖ RỪNG TỰ NHIÊN Ch

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2010

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

CAO BÁ HOÀNG

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ TÍNH CHẤT ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA THIẾT BỊ TỜI CÁP – CÀNG NGOẠM GỖ LẮP SAU MÁY KÉO DT -75 ĐỂ VẬN XUẤT GỖ RỪNG TỰ NHIÊN

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá nông - lâm nghiệp

ĐẶT VẤN ĐỀ

Vận xuất gỗ là một trong những khâu cuối cùng trong khai thác rừng Đây là khâu công việc nặng nhọc và nguy hiểm Đặc biệt đối với rừng tự nhiên do thành phần và chủng loại gỗ trong rất phức tạp, thêm vào đó là cây

gỗ có đường kính lớn, cong vênh, hệ thống dây leo chằng chịt gây khó khăn cho công việc vận xuất Một khó khăn khác trong khai thác gỗ là hệ thống giao thông chưa phát triển Máy móc, xe cộ cho khai thác và vận xuất còn thiếu và yếu dẫn đến tình trạng lãng phí gỗ Để cải thiện điều kiện làm việc, đảm bảo an toàn cho người lao động, giảm tác động xấu tới môi trường rừng

và tăng năng suất lao động thì khâu công việc này cần được cơ giới hoá

Ở trên thế giới, khâu vận xuất gỗ đặc biệt là gỗ rừng tự nhiên đã được cơ giới hoá từ rất lâu, nhiều liên hợp máy khai thác và vận xuất đã được các hãng Timberjack, Somet, Valmet, Volvo…nghiên cứu, sản xuất và bán rộng rãi trên thị trường Các trang thiết bị máy móc này được nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và ứng dụng vào thực tiễn sản xuất đem lại hiệu quả cao và đảm bảo an toàn cho người lao động

Ở Việt Nam từ những năm 70 – 80 nhiều loại máy móc thiết bị đã được đưa vào sử dụng để khai thác và vận xuất gỗ cho đến nay Tuy nhiên việc ứng dụng trang bị máy móc vào khai thác vận xuất còn rất hạn chế Các khâu chính trong quá trình khai thác gỗ chính vẫn bằng thủ công: Việc chặt hạ, cắt cành, cắt khúc chủ yếu bằng rìu, cưa mang, cưa xăng, sau đó được vận xuất

ra các bãi gỗ bằng phương pháp lao xeo, trâu bò kéo hoặc người vác Từ đó được vận chuyển bằng đường bộ (ôtô) hoặc đường thuỷ tới các nhà máy Việc khai thác gỗ thủ công rất tốn công sức, năng suất thấp và tác động xấu đến môi trường xung quanh Đối với rừng tự nhiên ở nước ta tuy diện tích không còn nhiều nhưng công nghệ khai thác cũng cần phải được quan tâm nghiên cứu Ở đây công việc chặt hạ có thể sử dụng cưa xăng để nâng cao tính cơ

động, còn việc vận xuất không thể dùng sức kéo thủ công được mà bắt buột phải áp dụng máy móc để cơ giới hoá khâu công việc nặng nhọc này

Trong thời gian qua đề tài trọng điểm 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”, do TS Nguyễn Văn Quân chủ trì cùng một số cán bộ trong

khoa Cơ Điện và Công Trình - Trường Đại học Lâm nghiệp đã nghiên cứu thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thành công thiết bị tời cáp và càng ngoạm lắp sau máy kéo DT – 75 để vận xuất gỗ rừng tự nhiên Quá trình khảo nghiệm tại khu khai thác rừng tự nhiên thuộc Ban quản lý rừng Sông Chàng - Như Xuân – Thanh Hoá, đã bước đầu đánh giá được hiệu quả làm việc của thiết bị Để đưa vao ứng dụng rộng rãi trong thực tế thì yêu cầu phải hoàn thiện thiết kế

cơ khí, đưa ra được chế độ vận hành và sử dụng hợp lý LHM (liên hợp máy)

Do đó việc nghiên cứu các tính chất động học và động lực học của thiết bị và LHM là rất cần thiết Xuất phát từ những lý do trên tôi tiến hành thực hiện đề tài:

“ Nghiên cứu một số tính chất động học và động lực học của thiết bị tời cáp – càng ngoạm gỗ lắp trên máy kéo DT-75 để vận xuất gỗ rừng tự nhiên”

* Ý nghĩa khoa học của đề tài:

Xây dựng mô hình làm việc của LHM kéo DT75 với thiết bị tời cáp và ngoạm giữ gỗ từ đó đánh giá ảnh hưởng của điều kiện làm việc đến khả năng làm việc của thiết bị và LHM

* Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:

Kết quả nghiên cứu là cơ sở cho việc hoàn thiện kết cấu cơ khí của thiết

bị tời cáp và càng ngoạm giữ gỗ, đồng thời phục vụ cho việc chọn chế độ sử

dụng hợp lý khi vận xuất gỗ rừng tự nhiên

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng công nghệ và thiết bị khai thác rừng

tự nhiên trên thế giới

1.1.1 Công nghệ khai thác

Ở các nước phát triển về lâm nghiệp như Phần Lan, Thụy Điển, Nga

…và các nước có tài nguyên rừng phong phú như Brazil, Ethiopia, …người ta thường áp dụng một số loại hình công nghệ khai thác 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 qui cách sản phẩm, bốc lên phương tiện và vận chuyển đến nơi tiêu thụ

Công nghệ khai thác gỗ dài (tree-length method): Cây gỗ sau khi hạ

được cắt cành, ngọn tại nơi chặt hạ rồi được vận xuất ra bãi gỗ Tại bãi gỗ chúng được cắt khúc theo qui cách sản phẩm, bốc lên phương tiện và vận chuyển đến nơi tiêu thụ

Công nghệ khai thác gỗ ngắn (shortwood method): Toàn bộ các thao tác

hạ cây cắt cành, ngọn và cắt khúc theo qui cách sản phẩm đều được thực hiện tại nơi chặt hạ Sau đó, các khúc gỗ được vận xuất đến bãi gỗ rồi bốc lên phương tiện vận chuyển về nơi tiêu thụ

Các loại hình công nghệ khai thác trên nói chung được áp dụng rộng rãi tuy vậy tuỳ vào từng khu vực, điều kiện địa hình, loại rừng đặc trưng và yêu cầu bảo vệ môi trường mà áp dụng loại hình công nghệ phù hợp

Ở các nước đang phát triển hoạt động khai thác gỗ có thể được chia thành 2 nhóm rõ ràng: Khai thác gỗ ở rừng tự nhiên và khai thác gỗ trong các

đồn điền Đối với các khu vực nhiệt đới thì diện tích rừng tự nhiên chiếm số lượng khá lớn Công nghệ và thiết bị phục vụ khai thác rừng tự nhiên đòi hỏi máy móc và chi phí khá tốn kém Hiện nay do sự suy thoái dần của rừng tự nhiên Do vậy ở các nước đang phát triển việc phát triển các khu rừng trồng đang được ưu tiên mở rộng để đáp ứng nhu cầu hiện tại và tương lai.[27].Trong những năm gần đây công nghệ khai thác với việc áp dụng các biện pháp giảm thiểu tác động tác động xấu đến môi trường là vấn đề được quan tâm nghiên cứu ở nhiều nước trên thế giới Hiệu quả của khâu khai thác gỗ không chỉ tính riêng về mặt kinh tế mà còn bao gồm cả hiệu quả của các biện pháp hạn chế tác động đến môi trường Hội thảo của Ủy ban lâm nghiệp Châu

Á – Thái Bình Dương (Asia – Pacific Foresty Commission) 2/1998 đã ban

hành "Quy phạm thực hành về khai thác rừng khu vực Châu Á – Thái Bình Dương" Quy phạm này đưa ra các hướng dẫn về các quy tắc khai thác rừng

tự nhiên ở khu vực Châu Á – Thái Bình Dương nhằm giảm thiểu tác động xấu đến môi trường

Trong tất cả các khâu của quá trình khai thác gỗ, khâu vận xuất giữ một vai trò hết sức quan trọng, ảnh hưởng rất lớn đến năng suất, giá thành và chi phí khai thác Để giảm giá thành, tăng năng suất lao động, đồng thời vẫn đảm bảo yêu cầu về môi trường, xã hội, nên nhiều nước trên thế giới đã không ngừng cải tiến công nghệ và thiết bị, áp dụng những thành tựu khoa học kỹ thuật mới cho khâu vận xuất Để vận xuất gỗ từ nơi chặt hạ ra các bãi gỗ, tùy theo điều kiện của mỗi nước và mỗi vùng sản xuất khác nhau mà áp dụng các hình thức sau:

- Hình thức vận xuất gỗ bằng thủ công: Vác vai, súc vật kéo,

- Hình thức vận xuất gỗ bằng máng lao;

- Hình thức vận xuất gỗ bằng tời;

- Hình thức vận xuất gỗ bằng đường cáp trên không;

- Hình thức vận xuất gỗ bằng máy kéo;

- Hình thức vận xuất gỗ bằng khinh khí cầu hoặc máy bay

1.1.2 Hệ thống thiết bị cơ giới hóa khai thác gỗ

Hiện nay ở trên thế giới với sự phát triển của khoa học kỹ thuật nói chung và trong lĩnh vực lâm nghiệp nói riêng, các nghiên cứu, cải tiến đã được ứng dụng rộng rãi vào thực tế sản xuất Thiết bị chặt hạ dần được cải tiến theo hướng hoàn thiện kết cấu, tăng năng suất, giảm tối đa chi phí và nghiên cứu cải tiến các LHM vừa khai thác, vừa vận xuất

Các loại liên hợp máy vừa khai thác, vận xuất và bốc dỡ đã đưa vào sử dụng rộng rãi Trên hình vẽ 1.1 LHM hạ cây cắt cành, cắt khúc Ở đây ngoạm được trang bị trên tay thuỷ lực đồng thời ngoạm được trang bị bộ phận cắt để

gỗ Tại bãi gỗ các công việc như cắt cành, cắt ngọn, cắt khúc mới được thực

hiện Trên hình 1.2 và 1.3 là một số LHM vận xuất có trang bị tay thuỷ lực

với cơ cấu ngoạm

Hình 1.2 Ngoạm được trang bị trên các LHM vận xuất - bốc dỡ

Hình 1.3 Vận xuất gỗ bằng thiết bị càng ngoạm lắp trên máy kéo bánh hơi

Đối với rừng tự nhiên, do địa hình khai thác khó khăn (độ dốc lớn),

đường kính cây gỗ lớn, các LHM khai thác - vận xuất yêu cầu phải có lực kéo

và bám lớn Đáp ứng yêu cầu này thì chỉ có máy kéo bánh xích, các loại máy

kéo xích có công suất lớn, khả năng kéo bám ổn định cao Chính vì vậy nên

các LHM khai thác - vận xuất có cơ cấu bánh xích đã sử dụng rộng rãi ở

nhiều quốc gia trên thế giới

Hình 1.4 Liên hợp máy khai thác gỗ nguyên cây do hãng Timberjack sản

cây còn lại trong quá trình vận xuất (hình 1.5)

Hình 1.5 Vận xuất gỗ rừng tự nhiên bằng thiết bị tời cáp trên máy kéo

- Tăng công suất của động cơ, giảm trọng lượng để tăng tốc độ của máy kéo

- Hoàn thiện hệ thống truyền lực nhờ sử dụng truyền lực thuỷ lực cho phép truyền động được êm dịu

- Hoàn thiện bộ phận truyền động: Sử dụng xích cao su có vấu thép để làm việc ở những nơi có nền đất yếu (áp lực lên đất cho phép 0.015 – 0.02 MPA)

- Chế tạo cơ cấu căng xích cho phép giảm lực cản chuyển động của đầu kéo khi chuyển động ở các tốc độ khác nhau

- Mắt xích được rèn từ thép hợp kim lắp các ngõng cao su cho phép mắt xích uốn lượn được không bị gãy khi đi qua đá và kéo dài tuổi thọ

- Hoàn thiện hệ thống treo của máy kéo

- Hoàn thiện hệ thống khung máy: Sử dụng khung gập

- Tạo điều kiện thuận lợi cho người lái: Thiết kế cabin nằm cân xứng theo trục dọc của máy kéo, trang bị hệ thống lò xo, giảm xóc cho ghế lái

- Nghiên cứu thay thế dần xích làm từ kim loại bằng vật liệu compesite để giảm thiểu sự phá hoại đất rừng và cây con

1.2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng công nghệ và thiết bị khai thác rừng

tự nhiên ở Việt Nam

1.2.1 Về công nghệ khai thác

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 gỗ theo phương pháp thủ công (vác vai, lao xeo hoặc trâu bò kéo) Tuy nhiên ở mỗi vùng, khu vực khác nhau do điều kiện địa hình, trữ lượng gỗ và cơ sở vật chất được trang bị mà có các công nghệ khai thác phù hợp Ví dụ ở Nam Trung Bộ do địa hình rừng có độ dốc nhỏ, mật độ tập trung diện tích rừng lớn hơn so với độ dốc và mật độ tập trung của rừng ở Vùng núi phía Bắc nên công nghệ khác thác cũng khác nhau nhiều Việc áp dụng máy móc cơ giới hóa khai thác gỗ nói chung và vận xuất gỗ nói riêng ở khu vực Nam Trung Bộ rất thuận lợi Hình 1.6 và 1.7 thể hiện 2 loại hình công nghệ khai thác gỗ điển hình ở Miền Bắc và Tây Nguyên thuộc Nam Trung Bộ

Hình 1.6 Sơ đồ công nghệ khai thác gỗ rừng tự nhiên ở miền Bắc

Trong sơ đồ công nghệ này, khâu chặt hạ, cắt khúc và xẻ hộp chủ yếu được thực hiện chủ yếu bằng cưa xăng Do địa hình quá dốc nên khâu vận xuất trong sơ đồ công nghệ này đa số được thực hiện bằng xúc vật kéo hoặc lao xeo Trong một số trường hợp địa hình không quá phức tạp người ta sử dụng

Chặt hạ

(cưa xăng)

Cắt khúc (Cưa xăng)

Xẻ hộp (Cưa xăng) (Súc vật hoặc Vận xuất Bãi gỗ

máy kéo)

máy kéo chuyên dùng để ngoạm gỗ hoặc sử dụng thiết bị tời cáp để gom gỗ

về phía chân dốc rồi từ đó dùng máy kéo để vận xuất tới bãi gỗ

Sơ đồ công nghệ này có ưu điểm là chi phí trên một đơn vị sản phẩm thấp, điều kiện đầu tư thấp cũng có thể thực hiện được Tuy vậy tỷ lệ lợi dụng gỗ thấp, gây lãng phí tài nguyên rừng

Hình 1.7 Sơ đồ công nghệ khai thác gỗ rừng tự nhiên khu vực Tây Nguyên

Trong sơ đồ này, khâu chặt hạ và cắt khúc cũng được thực hiện chủ yếu bằng cưa xăng , sau khi cắt khúc gỗ sẽ được vận xuất tới bãi gỗ nhờ máy kéo hoặc xúc vật kéo Công nghệ này có ưu điểm là tỷ lệ tận dụng gỗ lớn hơn, chất lượng

gỗ cũng được đảm bảo hơn nhưng chi phí giá thành trên một đơn vị sản phẩm cao hơn

Trong công nghệ khai thác gỗ, tùy theo điều kiện và trang thiết bị của mỗi địa phương, mỗi khu vực, mỗi lâm trường mà kết hợp một số hình thức vận xuất sau:

- Vận xuất gỗ bằng thủ công: Vác vai, trâu bò kéo

- Vận xuất gỗ bằng máng lao, lao xeo;

- Vận xuất gỗ bằng tời cáp;

- Vận xuất gỗ bằng máy kéo;

- Vận xuất gỗ bằng các đường cáp treo

Vận xuất (Máy kéo) Bãi gỗ

nhà máy giấy, đã được chính phủ Thụy Điển tài trợ một số máy móc và thiết

bị bốc dỡ và vận xuất gỗ ví dụ như hệ thống cáp, máy kéo Volvo… Hiện nay khi chính phủ Thụy Điển không còn tài trợ nữa, các máy móc thiết bị đó dần hỏng hóc, phụ tùng thay thế rất khan hiếm, hầu như không có Đa số các máy móc, thiết bị khai thác đều được nhập khẩu từ nước ngoài Các loại máy móc

và thiết bị này được thiết kế phù hợp với điều kiện khai thác rừng ở các nước trên thế giới Đặc điểm khai thác rừng ở nước ta có sự khác biệt rõ rệt với các nước trên thế giới, do đó việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo và cải tiến tạo ra các thiết bị khai thác và vận xuất phù hợp với điều kiện thực tế ở nước ta là rất cần thiết Hiện nay ở nước ta việc khai thác gỗ nói riêng và lâm sản nói chung chủ yếu vẫn bằng thủ công

Việc chặt hạ, cắt cành, cắt khúc được thực hiện bằng cưa xăng, cưa mang, … Sau đó được vận xuất bằng vác vai, lao xeo hoặc súc vật (Trâu, Bò, ) kéo ra bãi gỗ Từ đó được vận chuyển bằng ôtô hoặc tàu, thuyền tới các nhà máy Dưới đây là một số thiết bị phổ biến dùng trong khai thác gỗ ở nước ta [8]

Hình 1.8 Cưa xăng Mc.culloch và Husqvarna 365 [8]

Hình 1.9 Vận xuất gỗ bằng súc vật kéo[8]

Ở Miền Bắc nước ta do địa hình đồi núi có độ dốc lớn, rừng bị chia nhỏ giao cho từng hộ gia đình Vì vậy việc áp dụng cơ giới hoá khai thác gặp rất nhiều khó khăn Chủ yếu khâu vận xuất vẫn bằng thủ công súc vật kéo, máng lao… Ngoài ra còn dùng đường cáp để vận xuất gỗ

Hình 1.10 Vận xuất gỗ bằng máng lao

Hình 1.11 Vận xuất gỗ bằng đường cáp

Từ những năm 1960, nước ta đã nhập và đưa vào sử dụng một số loại máy kéo của nước ngoài phục vụ vào khâu vận xuất gỗ như TDT 40, TDT 55 Sau năm 1970 nhập và đưa vào sử dụng máy kéo TT 4, LKT80, LKT120 Các loại máy này đã phù hợp với đặc điểm khai thác rừng tự nhiên với quy mô sản xuất lúc bấy giờ.[5] Các loại máy kéo này có công suất khá lớn, khả năng vận chuyển được khối lượng gỗ lớn Tuy vậy chi phí nhiên liệu, mức độ phá hoại đất rừng và cây con lớn Loại xe Reo 7 do Mỹ sản xuất được trang bị thêm hệ thống tời cáp và dàn khung trên xe nên có thể gom gỗ từ xa, tự bốc và vận chuyển gỗ Đây là mẫu LHM rất phù hợp với điều kiện khai thác có độ dốc

thấp như ở khu vực Nam Trung Bộ.(hình 1.1.).[5]

Hình 1.12 Vẫn xuất gỗ bằng máy kéo LKT 80 kết hợp tời cáp

Hình 1.13 Vẫn xuất gỗ bằng máy kéo bánh xích TDT55

Hình 1.14 Vận chuyển gỗ bằng xe Reo

Năm 1980 máy kéo bánh hơi Volvo của Thụy Điển được nhập vào nước

ta để phục vụ cho các khâu bốc dỡ và vận chuyển gỗ rừng trồng ở các khu nguyên liệu giấy, do không có thiết bị tời cáp để gom gỗ nên máy chỉ sử dụng trong công tác bốc dỡ, vận chuyển là chính

Để khai thác gỗ rừng tự nhiên và khai thác gỗ rừng trồng ở một số vùng nguyên liệu giấy sợi, gỗ trụ mỏ, chúng ta đã nhập khẩu và đưa vào sử dụng

một số loại máy kéo, trong đó có cả những máy kéo nông nghiệp

1.2.3 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng thiết bị tời cáp và càng ngoạm để vận xuất gỗ

Vận xuất gỗ là quá trình di chuyển cây gỗ từ nơi chặt hạ về tập trung ở bãi gỗ ven đường hoặc kho gỗ I rồi từ đó gỗ được vận chuyển đến một nơi tiêu thụ Đây là khâu công việc khó khăn, nặng nhọc và phức tạp nhất trong dây chuyền công nghệ khai thác gỗ, ảnh hưởng đến, năng suất, chất lượng gỗ, cây con và đất rừng Ở nước ta trong một vài năm trở lại đây đã có nhiều nghiên cứu, cải tiến, thiết kế và chế tạo các trang thiết bị máy móc phục vụ cho khâu sản xuất này Để tận dụng nguồn động lực sẵn có, đa số các hướng nghiên cứu đều tập trung nghiên cứu chế tạo ra các trang thiết bị lắp trên các

máy kéo lâm nghiệp hoặc các máy kéo nông nghiệp sẵn có để tạo thành LHM vận xuất gỗ Tuy vậy hiệu quả mà các công trình nghiên cứu đem lại chưa cao:

Năm 1960 tập thể cán bộ Phòng cơ giới lâm trường Bắc Yên và Viện Công nghiệp rừng, đã nghiên cứu chế tạo tời 2 trống lắp trên máy kéo Krabat

để vận xuất gỗ Hệ thống thiết bị này mới chỉ đánh giá được chỉ tiêu sử dụng, các tính chất động học và động lực học chưa được nghiên cứu nên còn hạn chế trong việc lựa chọn chế độ sử dụng

Năm 1972 Tiến sĩ Nguyễn Kính Thảo và tập thể cán bộ giảng dạy trường Đại học Lâm nghiệp đã nghiên cứu, chế tạo thành công máy kéo khung gập L35 với thiết bị tời cáp để vận xuất gỗ phù hợp với điều kiện địa hình phức tạp của rừng tự nhiên Máy có thể nhả cáp của tời kéo gỗ từ xa tới bãi tập kết gỗ và có thể len lỏi trong khu khai thác để vận xuất gỗ theo phương pháp nữa lết với bán kính quay vòng nhỏ.[6]

Vào những năm 1980, Viện khoa học Lâm nghiệp đã thiết kế, chế tạo và thử nghiệm rơmoóc chuyên dùng được trang bị tơi cáp để bốc gỗ nhỏ theo phương pháp bốc dọc kiểu xe Reo, động lực là máy kéo nông nghiệp nhãn hiệu Zetor [6]

Năm 1994 PGS TS Nguyễn Nhật Chiêu cùng một số cán bộ giảng dạy trường Đại học Lâm nghiệp đã nghiên cứu thành công một đề mục của đề tài cấp nhà nước KN - 03 – 04: “ Thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm thiết bị vận xuất, bốc dỡ và vận chuyển để phục vụ khai thác gỗ nhỏ rừng trồng” Đề tài

đã nghiên cứu thiết kế và chế tạo thành công rơmoóc 1 trục, tời cơ học và cơ cấu nâng đầu bó gỗ dẫn động bằng thuỷ lực lắp trên máy kéo cơ sở MTZ50 Đây là thiết bị có sự kết hợp giữa tời cáp và cơ cấu nâng đầu gỗ bằng thuỷ lực giúp cho việc gom gỗ và bốc gỗ lên rơmoóc hiệu quả.[6]

Năm 1997 nhóm cán bộ giảng dạy trường Đại học Lâm nghiệp đã nghiên cứu thiết kế, chế tạo thành công thiết bị chuyên dùng là tời cơ khí 1 trống và cần treo gỗ chữ A lắp trên máy kéo DFH – 180 để vận xuất gỗ nhỏ rừng trồng

Năm 2001, TS Nguyễn Tiến Đạt nghiên cứu cơ sở lý thuyết và thực nghiệm của việc sử dụng máy kéo cỡ nhỏ để cơ giới hóa khâu vận xuất gỗ rừng trồng ở Việt Nam Đề tài đã nghiên cứu được ảnh hưởng của độ mấp mô mặt đường, tốc độ và tải trọng tới một số đặc tính động lực học của máy kéo

có công suất nhỏ với thiết bị tời cáp khi vận xuất gỗ rừng trồng

Năm 2002, TS Nguyễn Văn Quân đã nghiên cứu áp dụng máy kéo bánh hơi nông nghiệp để vận xuất gỗ nhỏ rừng trồng Đề tài đã xây dựng được mô hình máy kéo nông nghiệp MTZ50 gom gỗ, nâng gỗ lên rơmooc và xác định được lực tải công nghệ tác dụng lên máy kéo và trang bị chuyên dùng khi LHm vận xuất gỗ nhỏ rừng trồng [11]

Năm 2007, Thạc sỹ Nguyễn Hồng Quang đã nghiên cứu dao động của máy kéo Shibaura với thiết bị tời cáp khi vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết, làm cơ sở cho việc hoàn thiện thiết kế cơ khí và lựa chọn chế độ sử dụng hợp lý.[6]

Năm 2008, Thạc sỹ Đặng Thị Hà đã nghiên cứu động lực học quá trình khởi hành của liên hợp tời cáp, cần treo gỗ lắp trên máy kéo cỡ nhỏ để vận xuất gỗ rừng trồng trên dốc dọc Làm cơ sở cho việc đưa ra chỉ dẫn sử dụng liên hợp máy nhằm đảm bảo an toàn, ổn định trên đồi dốc khi khởi hành.[6] Việc sử dụng và nghiên cứu tận dụng các nguồn động lực sẵn có để cải tiến, thiết kế, chế tạo và lắp ráp thêm một số bộ phận chuyên dùng nhất là hệ thống tời cáp trang bị trên máy kéo tạo thành LHM để vận xuất gỗ ở nước ta

đã đạt được nhiều thành quan trọng

Tóm lại, để hoàn thiện thiết kế cơ khí và lựa chọn chế độ sử dụng hợp lý đảm bảo tính an toàn và ổn định cho LHM, ứng dụng rộng rãi vào thực tiễn sản xuất thì cần phải nghiên cứu đầy đủ hơn về các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng làm việc, các tính chất động học và động lực học của thiết bị nói chung

và LHM nói riêng Vì những lý do đó nên tôi tiến hành thực hiện đề tài:

“ Nghiên cứu một số tính chất động học và động lực học của thiết bị tời cáp – càng ngoạm gỗ lắp trên máy kéo DT-75 để vận xuất gỗ rừng tự nhiên”

Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG

VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu

Nghiên cứu một số tính chất động học và động lực học của thiết bị tời cáp – càng ngoạm gỗ lắp trên máy kéo DT 75 để làm cơ sở cho việc hoàn thiện thiết kế cơ khí, xác định khả năng làm việc và lựa chọn chế độ sử dụng hợp lý của thiết bị khi vận xuất gỗ rừng tự nhiên

2.2 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là LHM kéo bánh xích DT75 với thiết

bị tời cáp - ngoạm giữ gỗ do đề tài trọng điểm 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” đã nghiên cứu, thiết kế và chế tạo (Hình 2.1)

Hình 2.1 - Cấu tạo của LHM

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 Xylanh nâng hạ cần;

10 Rulô đỡ cáp

2.2.1 Đặc tính kỹ thuật của máy kéo DT75

Máy ủi DT – 75 là loại máy kéo xích công dụng chung, cấp lực kéo 3 (tấn) Trên máy có thể đặt động cơ SMD - 14 hoặc SMD - 14 NG, thuộc loại động cơ diezel 4 xi lanh, 4 kỳ làm mát bằng nước Động cơ SMD - 14 có buồng xoáy, còn động cơ SMD - 14NG nhiên liệu phun trực tiếp vào buồng đốt trên đỉnh Piston Công suất danh định của động cơ SMD - 14 là 75 mã lực ở số vòng quay 1700 vòng /phút của trục khuỷu, công suất của SMD - 14 NG là 80 mã lực ở số vòng quay trục khuỷu 1800 vòng/phút Đặc tính kỹ thuật của máy ủi DT 75 ghi trong bảng 2.1[12]

Bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật chính của máy kéo DT75

a Các số liệu chung

Mã hiệu máy kéo DT - 75 DT - 75 có thùng

nhiên liệu đặt bên

Kích thước máy kéo, mm

4,5 5,0 3,7 Tiến

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

Công suất ở số vòng quay danh định

Hộp số Cơ học 7 cấp

2.2.2 Thông số kỹ thuật của tời cáp lắp trên máy kéo

Tời cáp được lắp sau máy kéo cơ sở bằng hệ thống khung đỡ được làm bằng thép 45 Một số thông số cơ bản của tời cáp có liên quan đến quá trình tính toán thể hiện trong bảng sau:

Bảng 2.2 – Thông số cơ bản của tời cáp[12]

2.2.3 Thông số kỹ thuật của càng ngoạm gỗ

Càng ngoạm 8 được lắp trên treo 5 nâng hạ bằng hệ thống 2 xilanh, tất

cả cum chi tiết này được lắp với khung máy Một số thông số cơ bản của càng ngoạm thể hiện trong bảng 2.3:

Bảng 2.3 – Thông số kỹ thuật cơ bản của càng ngoạm[12]

2.3 Phạm vi nghiên cứu

Để đảm bảo tính khoa học nội dung nghiên cứu của đề tài giới hạn trong phạm vi sau:

Ta thấy chu kỳ làm việc của thiết bị tời cáp và càng ngoạm trải qua một

số thao tác sau: Gỗ sau khi được chặt hạ bằng cưa xăng, cắt cành, cánh ngọn

và cắt khúc Sau đó dùng máy kéo được trang bị tời cáp để gom gỗ theo phương pháp kéo lết đến đường vận xuất khi đã gom đủ tải trọng chuyến thì dùng càng ngoạm, ngoạm chặt gỗ và vận xuất về bãi gỗ 1 theo phương pháp nữa lết Do điều kiện về thời gian và kinh phí, trong luận văn này tôi tập trung nghiên cứu quá trình gom gỗ của thiết bị tời cáp

2.4 Nội dung nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu đề ra, luận văn tập trung giải quyết những nội dung sau:

2.4.1 Nghiên cứu lý thuyết

- Xây dựng mô hình làm việc của LHM khi gom gỗ bằng tời cáp

- Thiết lập phương trình động học và động lực học của cây gỗ khi kéo gỗ bằng tời cáp

- Mô phỏng quá trình gom gỗ bằng tời cáp của LHM

- Xác định khả năng làm việc của LHM khi gom gỗ

2.4.2 Nghiên cứu thực nghiệm

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

- Xác định toạ độ trọng tâm của LHM

- Xác định lực kéo cáp của tời gom gỗ ở một số dạng địa hình và tải trọng cụ thể

2.5 Phương pháp nghiên cứu

2.5.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Nghiên cứu động học và động lực học của thiết bị tời cáp và càng ngoạm lắp sau máy kéo DT -75 để vận xuất gỗ, trước hết cần xây dựng được mô hình tính toán Mô hình này phải phản ánh được những đặc điểm cơ bản của hệ thống Trong phạm vi đề tài này tôi sử dụng một số phương pháp sau để nghiên cứu:

a Phương pháp giải tích: Theo phương pháp này sau khi lập được mô hình

tính toán, dựa vào các định luật cơ học để mô tả chuyển động cơ học bằng các phương trình vi phân Việc lựa chọn các phương pháp để thiết lập phương trình vi phân của hệ nhiều bậc tự do phụ thuộc vào mô hình cơ học của máy Đối với các cơ cấu đàn hồi người ta sử dụng phương pháp lực, phương pháp biến dạng, phương pháp phần tử hữu hạn; đối với các hệ phức tạp người ta sử dụng các phương pháp hệ con (phương pháp tách cấu trúc); đối với các hệ gồm các chất điểm, chất rắn, các phần tử lò xo, các phần tử cản người ta thường dùng phương trình Lagranger loại II

Cụ thể trong phạm vi luận văn này tôi sử dụng phương trình của định luật 3 Newton để thiết lập các phương trình chuyển động của cây gỗ Dạng cơ bản của phương trình:

F m a (2.1)

Trong đó:

m – Khối lượng của cây gỗ, kg

a – Gia tốc của cây gỗ, m/s2

F – Lực tác động lên cây gỗ, N

b Phương pháp mô phỏng:

Sau khi dùng phương pháp giải tích để lập được các phương trình vi phân chuyển động của cây gỗ hay còn gọi là phương trình trạng thái ta dùng phương pháp mô phỏng để giải và mô phỏng các phương trình vi phân: Để giải và mô phỏng các phương trình trạng thái này có rất nhiều phần mềm, một trong những phần mềm có ứng dụng rộng rãi là Matlab –Simulink: Matlab là một bộ chương trình phần mềm lớn của lĩnh vực toán số, phần cốt lõi của chương trình bao gồm một hàm số toán, các chức năng nhập/xuất cũng như các khả năng điều chỉnh chương trình, ngoài ra cho phép người dùng tạo thêm hoặc bổ sung các bộ công cụ chuyên dụng mà người sử dụng cần

Simulink là phần chương trình mở rộng của matlab nhằm mục đích mô hình hóa, mô phỏng và khảo sát các hệ thống động học Giao diện đồ họa trên màn hình của Simulink cho phép thể hiện hệ thống dưới dạng sơ đồ tín hiệu với các khối chức năng quen thuộc Simulink cung cấp cho người sử dụng một sự việc rất phong phú các khối chức năng cho các hệ tuyến tính, phi tuyến tính và gián đoạn Hơn thế, người sử dụng cũng có thể tự tạo các khối riêng cho mình

Sau khi đã xây dựng mô hình của hệ thống bằng cách ghép các khối cần thiết thành sơ đồ cấu trúc của hệ, ta có thể khởi động quá trình mô phỏng Trong quá trình mô phỏng ta có thể trích tín hiệu tại vị trí bất kỳ của sơ đồ và hiển thị đặc tính đó lên màn hình hoặc lưu trữ số liệu vào bộ nhớ, việc nhập hoặc thay đổi các tham số của tất cả các khối rất đơn giản bằng cách trực tiếp hoặc thông qua Matlab cụ thể các khối chức năng được dùng để mô phỏng như sau: [13], [9], [22], [24, [25]

Khối Constant:

Khối này tạo nên một hằng số thực hoặc phức, hằng số đó có thể là riêng lẻ (Scalar), vecter hay ma trận, tùy theo ta khai báo tham số

Constant Value và ô Interpret vector parameters as 1-D có được chọn hay không

Khối Scope:

Khối này có chức năng hiển thị các tín hiệu của quá trình mô phỏng, nếu mở khối Scope từ trước ta có thể theo dõi trực tiếp diễn biến của tín hiệu, ở màn hình tín hiệu ta có thể phóng to hay thu nhỏ tín hiệu

và cài đặt các thuộc tính hiển thị của tín hiệu

Khối To Workspace:

Khối này có chức năng gửi số liệu đầu vào của khối tới môi trường Matlab Wokspace dưới dạng cột (mảng) và lấy chuỗi ký tự khai tại Variable name (tên biến) để đặt tên cho tập số liệu được ghi

Khối Display:

Khối này có chức năng hiển thị giá trị đầu vào, nhờ khối này ta có thể lấy được giá trị chính xác của tín hiệu (ví dụ: tìm nghiệm của phương trình)

Khối Sum:

Đầu ra của khối Sum là tổng các cơ sở đầu vào, khối này có chức năng như các phép toán cộng (trừ), hình dạng của chúng có thể thay đổi tùy theo người dùng, có thể là hình tròn (ground) hay hình chữ nhật (rectangle)

Khối Subtract:

Dùng để công hoặc trừ các tín hiệu của quá trình mô phỏng

Khối Product (divide):

Khối này có chức năng thực hiện các phép nhân hay chia hoặc cả nhân và chia từng phần tử hay từng ma trận, số lượng đầu vào và sự lựa chọn phép nhân hay chia ở đầu vào của khối do người sử dụng khai báo

Khối Math Function:

Khối này có một lượng lớn các hàm toán đã được tích hợp sẵn tại ô Function, cho phép người sử dụng lựa chọn theo nhu cầu, trong luận văn này ta dùng để tính các hàm u2 (square) và hàm căn bậc 2 (Sqrt)

Khối Gain:

Khối này có tác dụng khuếch đại tín hiệu đầu vào bằng biểu thức khai báo tại ô Gain, trong luận văn này ta sử dụng chúng để đặt cổng vào của hệ số ma sát fd và hệ số tải trọng động kd

Khối Mux:

Khối Mux giống như một bộ chập kênh, nó có tác dụng chập các tín hiệu riêng rẽ (tín hiệu Scalar hay vector) thành một vector tín hiệu mới Trong luận văn này ta sử dụng chúng để vẽ 2 tín hiệu trên cùng một Scope

From file:

Dữ liệu từ qua trình mô phỏng trong simulink sẽ được lưu lại dưới

dạng đuôi mat sau đó xuất ra để dùng vào các quá trình hay các

phần mền khác

2.5.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Trong hệ thống LHM vận xuất gỗ có rất nhiều mối quan hệ giữa các thông số mà trong quá trình nghiên cứu lý thuyết ta bỏ qua để cho mô hình toán được đơn giản hoá Do vậy để kiểm chứng kết quả lý thuyết tôi tiến hành nghiên cứu thực nghiệm Trong quá trình nghiên cứu thực nghiệm, để xác định lực kéo cáp của tời gom gỗ ta sử dụng phương pháp đo các đại lượng không điện bằng điện [3]

Hiện nay có rất nhiều phương pháp để đo các đại lượng không điện nói chung nhưng phổ biến nhất là nguyên tắc biến đổi các đại lượng không điện thành các đại lượng điện trung gian đi qua bộ khuếch đại rồi từ đó xác định ra các đại lượng cần đo, sơ đồ nguyên lý chung như hình (2.2)

Hình 2.2 Nguyên lý đo các đại lượng không điện bằng điện

- Cảm biến: Về mặt cấu tạo cảm biến là một hoặc nhiều chuyển đổi đo và được bố trí trực tiếp trên đối tượng cần đo

- Bộ xử lý và khuếch đại: Dùng đề xử lý các tín hiệu và khuếch đại chúng lên nhiều lần trước khi cấp cho bộ hiển thị

- Bộ phận hiển thị: Dùng để hiển thị kết quả đo, có thể bằng giấy (với dao động ký điện từ), bằng băng từ hoặc bộ nhớ, ảnh dạng kỹ thuật số

Hiện nay, bộ phận xử lý, khuếch đại, hiển thị, lưu trữ được tích hợp chung vào một thiết bị với phần mền riêng để điều khiển gọi là thiết bị thu thập và khuếch đại thông tin đo lường kết nối với máy tính, một vài thiết bị và phần mền thông dụng như: Thiết bị DMCplus và phần mền DMCLaplus, thiết

bị spider 8 và phần mền điều khiển Spider 8 – control, phần mền Catman là phần mền điều khiển một lúc 2 phần mền trên

Chương 3 KHẢO SÁT MỘT SỐ TÍNH CHẤT ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA THIẾT BỊ TỜI CÁP - NGOẠM GỖ LẮP TRÊN MÁY KÉO DT 75

ĐỂ VẬN XUẤT GỖ RỪNG TỰ NHIÊN 3.1 Xây dựng mô hình nghiên cứu

Mục tiêu đặt ra của bài toán này là xây dựng mô hình gom gỗ của LHM

để nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số thông số chính về điều kiện làm việc như góc dốc của địa hình kéo gỗ, vị trí đỗ máy trên đường, khối lượng cây gỗ, đến khả năng làm việc của thiết bị tời cáp và ổn định chống lật của LHM Như đã trình bày ở trên công nghệ khai thác gỗ ở nước ta chủ yếu là công nghệ khai thác gỗ khúc:

Gỗ sau chặt hạ được cắt cành, ngọn và cắt khúc với chiều dài các khúc khoảng 2,5 – 9 m tại vị trí khai thác Sau đó dùng tời kéo gom gỗ theo phương pháp kéo lết tập trung cạnh đường vận xuất của máy kéo khi đã đủ tải trọng chuyến dùng càng ngoạm để kẹp chặt một đầu khúc gỗ và nâng đầu gỗ lên kéo theo phương pháp kéo nửa lết về bãi gỗ 1

Trong quá trình xây dựng mô hình gom gỗ bằng tời cáp của LHM có thể chấp nhận một số giả thiết sau: [11]

- Mặt phẳng kéo gỗ là mặt phẳng có góc dốc không đổi;

- Điểm tiếp xúc giữa dây cáp và trống tời là cố định;

- Bỏ qua ảnh hưởng của mấp mô của đường vận xuất, dao động của dây cáp;

- Bỏ qua sự quay của cây gỗ trong quá trình chuyển động chỉ xét đến chuyển động trượt của nó;

- Hệ số ma sát giữa cây gỗ và mặt đất không đổi trong quá trình kéo gỗ;

- Xem cây gỗ như một chất điểm có khối lượng đặt tại trọng tâm của nó

Từ đó ta có thể xây dựng mô hình làm việc của LHM khi gom gỗ bằng tời cáp như sau:

- Góc dốc dọc, độ;

L – chiều dài cây gỗ, m;

 - Góc hợp bởi phương lực kéo và phương chuyển động cây gỗ;

H – Khoảng cách từ điểm tiếp xúc cáp và trống tời đến mặt phẳng đỗ máy, m;

 - Góc giữa phương chuyển đổng của cây gỗ và mặt đỗ máy, độ;

B0 - Khoảng cách từ OA đến giao tuyến của mặt phẳng đỗ máy và mặt phẳng kéo gỗ, m;

Gmk – Trọng lượng của LHM, N;

h0 – Chiều cao trọng tâm máy kéo, m;

z0 – Khoảng cách từ điểm tiếp xúc cáp và trống tời đến mặt phẳng kéo gỗ, m;

 - Góc đặt máy (hợp bởi trục đối xứng dọc của máy kéo với phương kéo)

B – Khoảng cách giữa tâm 2 dải xích, m

3.2 Thiết lập phương trình động học và động lực học của quá trình gom gỗ

Từ mô hình gom gỗ bằng tời cáp của LHM, ta thấy quá trình gom gỗ bằng tời cáp có thể chia ra làm 2 giai đoạn :

- Giai đoạn đầu là giai đoạn khắc phục các khe hở giữa cáp và gỗ, sau đó lấy

đà (thắng các lực tĩnh như trọng lực, ma sát, phản lực đất, lực quán tính) Trong giai đoạn này vận tốc cáp tời tăng dần từ 0 v0 ( v0 = const)

- Giai đoạn thứ 2 là giai đoạn chuyển động bình ổn của gỗ với vận tốc cáp tời

v0 = vt = const Đồng thời tọa độ trọng tâm của cây gỗ đạt đến giá trị xt nào

đó

Để khảo sát chuyển động của cây gỗ trong quá trình gom các hệ quy chiếu được chọn như hình 3.2

Z A = Z T

Z Y

Hình 3.2 Các hệ quy chiếu khảo sát chuyển động của cây gỗ

- Hệ toạ độ thứ nhất (OXYZ)A: gốc OA trùng với hình chiếu điểm tiếp xúc của dây cáp với trống tời xuống mặt đỗ máy, trục OAXA trùng với trục dọc máy kéo, OAZA vuông góc với mặt đường - gọi là hệ quy chiếu của máy kéo

- Hệ toạ độ thứ hai (OXYZ)T: gốc OT  OA, trục (OZ)T  (OZ)A, các trục (OX)T và (OY)T lệch một góc  so với hệ toạ độ (OXYZ)A ( - góc đỗ máy)

- Hệ toạ độ thứ ba OXYZ: gốc O trùng với hình chiếu của điểm E (điểm tiếp xúc giữa dây cáp và trống tời) xuống mặt phẳng kéo gỗ, trục OZ vuông góc với mặt kéo gỗ

Gọi khoảng cách từ điểm E đến mặt phẳng đỗ máy kéo là EOA = H, khoảng cách từ E đến mặt phẳng kéo gỗ là z0, khi đó :

z0 (H B0tg).cos (3.1)

Trong đó :

B0 - Khoảng cách từ OA đến giao tuyến của mặt phẳng đỗ máy và mặt phẳng kéo gỗ;

 - Góc giữa mặt đường và mặt kéo gỗ

H- Khoảng cách từ điểm tiếp xúc của cáp tời và tang tời đến mặt phẳng đỗ máy

Giả sử cây gỗ có chiều dài L, khối lượng m tập trung tại trọng tâm cây C (xc, yc) Trong hệ toạ độ OXYZ, các lực tác dụng lên cây gỗ 1 gồm: Trọng lượng cây gỗ G

; lực kéo của cáp tời F; phản lực của mặt đất lên cây gỗ Nd

; lực ma sát của đất lên cây gỗ Fd

sin ( ).

cos

   (3.2) Trong đó: i j k

,, - véc tơ đơn vị trên các trục OX, OY, OZ;  - góc dốc của mặt kéo gỗ

- Phản lực của mặt đất lên cây gỗ:

Pj 

 (3.4) Trong đó: j - gia tốc chuyển động (m/s2)

g - gia tốc trọng trường (m/s2)

G- Trọng lượng của gỗ vận xuất (N)

Do quá trình gom gỗ diễn ra với vận tốc khá nhỏ (v = 0,8 -1,2 m/s) nên có thể xem j = 0 Vì vậy Pj = 0

- Lực kéo của cáp tời :

] [

.

E C

E C F





 (3.5)

2 0 2

Z y x

F

C C

z y x

F F

d d d

C C

C C

d d d

y x

j y i x f N F

2 2 0

.sin

C C

C d

d C

C

C C

C d

d C C

y x

x f

N G

x F x

m

y x

y f

N y F y

a Giai đoạn lấy đà:

Quá trình lấy đà xảy ra rất nhanh vì vậy lực kéo cáp tời có trị số không đổi và được tính theo công thức sau:[12]

)sincos

(

d

d đ

đ đ

f

f mg k F k F

Fđ – Lực kéo lớn nhất của tời cáp trong giai đoạn lấy đà;

F – Lực kéo trung bình trong giai đoạn bình ổn;

2 0





 (3.10)

xc0, yc0 – Tọa độ trọng tâm ban đầu của gỗ;

z0 – Khoảng cách từ điểm tiếp xúc của cáp với tang tời đến mặt phẳng kéo gỗ

Đặt

2 0 2 2 0

* 0

z y x m

F m

F F

c c

C C

C

d c c

c C

C

f y x

x z

F g

g x F x

f y x

y z

F g

y F y

.)

cos(sin

.)

cos(

2 2 0

* 0

* 0

2 2 0

* 0

* 0

Phương trình (3.13) là phương trình vi phân chuyển động của cây gỗ trong giai đoạn đầu của quá trình gom gỗ

b Giai đoạn chuyển động bình ổn:

Trong giai đoạn thứ hai của quá trình gom cây gỗ chuyển động với vận tốc không đổi (vt = const) cho đến lúc tới vị trí đặt máy như vậy điều kiện kết thúc của quá trình này là cáp tời đạt được một giá trị vt’ Từ mô hình gom gỗ của LHM ta có:

CE d

0 2 2

2 2

2 2 2 0

*

0

2 2 0

* 0

* 0

2 2 0

* 0

* 0

)

(.)(

cos)

(.sin

.)

cos(sin

.)

cos(

c c

c c c c d c

c

c c

c c c c d c

c c

d C C

C C

C

d c c

c C

C

y x

y y x x f z y x

y x

y y x x f g x

g y x v

F

f y x

x z

F g

g x F x

f y x

y z

F g

y F y

Phương trình 3.18 gọi là phương trình vi phân chuyển động của cây gỗ trong giai đoạn bình ổn

y y

x y

y y

x y

y x

y y

F y

f z F g

y y

y g

y F y

y y

y y

)cos

(

)cos

(sin

0

* 0 2

4

2 3

4 2

* 0 4

0

* 0 2

4

2 3

3 1

* 0 3

4 2

3 1

3.3 Khảo sát một số tính chất động lực học của quá trình gom gỗ

3.3.1 Lực kéo cáp tời trong các hệ tọa độ

- Trong hệ tọa độ OXYZ lực kéo của cáp tời được viết như sau

F F z k F x i F y j

Thay vào 3.21 ta có:

FF0.z0 F0.x c F0.y c (3.22)

- Trong hệ tọa độ ( OXYZ)T lực F

được xác định theo biểu thức sau:

T z

x T

y T z

F

)cossin

.(.)

sincos

)cossin

 (3.24)

3.3.2 Mô men lực kéo cáp gây ra trong các hệ tọa độ

- Mô men của lực F

sincos

sincos

sin



(3.26)

3.3.3 Mô men gây lật khi LHM máy gom gỗ

Từ mô hình xây dựng ở hình (3.1) ta thấy ngoài các điều kiện về địa hình

như độ dốc , góc đặt máy  thì thành phần lực chính gây ra mất ổn định

cho LHM là lực kéo cáp của tời gom gỗ Bao hàm trong nó là nhiều thông số

đầu vào tác động trực tiếp hoặc gián tiếp đến ổn định của LHM Để nghiên

cứu các mô men lật của LHM khi gom gỗ, ta gắn hệ tọa độ (OXYZ)B vào mô

hình LHM đã xây dựng trong đó gốc OB trùng với tâm vết tiếp xúc của bánh

sao chủ động của máy kéo với mặt đất, trục O B X B qua tâm vết tiếp xúc của dải xích với mặt đất, trục O B Y B là qua tâm vết tiếp xúc của hai dải xích bị 2 bánh sao chủ động phía sau với mặt đất; trục O B Z B vuông góc mặt đỗ máy kéo Khi kéo gỗ dưới tác dụng của lực kéo cáp tời, máy kéo có xu hướng bị lật ngang quanh trục O B X B (O B X B - gọi là trục lật ngang) và lật dọc quanh trục O B Y B (O B Y B - gọi là trục lật dọc) Mô men lật do lực F

gây ra trong hệ tọa độ (OXYZ)B sẽ là:

M O B E F



 (3.27) Trong đó: O B E L i B j H k

2



 (3.28) Với L – Tọa độ trọng tâm LHm theo chiều dọc; H- Khoảng cách từ điểm tiếp xúc của cáp tời tới mặt phẳng đặt máy; B – Chiều rộng giữa 2 tâm của 2 dải xích

Thay (3.23) và (3.28) vào (3.27) ta được:

cossin

cos sin

cos sin

sin

F

Mx   x   z   y   x   z  (3.30) Thành phần này có xu hướng làm cho máy lật ngang – gọi là mô men lật ngang;