Thiết kế thiết bị chuyên dùng lắp trên máy kéo cỡ nhỏ để vận xuất gỗ rừng trồng

Vì vậy việc nghiên cứu đặc tính kỹ thuật của máy kéo cỡ nhỏ cùng với việc thiết kế thêm thiết bị chuyên dùng phù hợp cho quá trình khai thác và đặc biệt là khâu vận xuất gỗ rừng trồng là

Hiện nay khai thác gỗ chủ yếu tập trung vào khai thác gỗ rừng trồng Ngoài ra Nhà nước đã có những chính sách giao đất rừng cho các công ty, doanh nghiệp, hộ gia đình quản lý với diện tích và quy mô nhỏ hơn Việc áp dụng máy

cỡ lớn chuyên dùng tỏ ra không phù hợp Trong khi đó nhiều máy kéo cỡ vừa và nhỏ đang được sử dụng khá phổ biến trong nông nghiệp Để nâng cao năng suất giải phóng sức lao động chân tay, nâng cao hiệu quả sử dụng vốn đầu tư, phát huy tối đa công suất của máy kéo cỡ nhỏ thì cần phải nghiên cứu thiết kế, chế tạo một số thiết bị chuyên dùng cho máy kéo cỡ nhỏ, để ngoài chức năng chính

là phục vụ sản xuất nông nghiệp thì chúng còn có thể tham gia sản xuất lâm nghiệp khi nông nhàn

Tuy nhiên để nâng cao năng suất lao động, hạ giá thành sản phấm, giải phóng sức lao động cho súc vật và con người đồng thời phù hợp với điều kiện rừng trồng thì cần phải có máy móc thiết bị chuyên dùng để đáp ứng tốt nhất cho khâu vận xuất gỗ rừng trồng Vì vậy việc nghiên cứu đặc tính kỹ thuật của máy kéo cỡ nhỏ cùng với việc thiết kế thêm thiết bị chuyên dùng phù hợp cho quá trình khai thác và đặc biệt là khâu vận xuất gỗ rừng trồng là rất cần thiết

Cùng nghiên cứu về vấn đề này sinh viên Nguyễn Viết Bắc đã nghiên cứu cái tiến máy kéo cỡ nhỏ thành máy kéo khung gập nhưng chưa có thiết bị chuyên dùng Chính vì những lý do trên mà tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Thiết

kế thiết bị chuyên dùng lắp trên máy kéo cỡ nhỏ để vận xuất gỗ rừng trồng” Thiết bị chuyên dùng thiết kế sẽ được đặt trên máy kéo khung gập nêu trên

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình khai thác gỗ rừng trồng ở nước ta

Rừng là nguồn tài nguyên quý báu của đất nước, có khả năng tái tạo, là một bộ phận quan trọng đối với môi trường sinh thái, có giá trị to lớn đối với nền kinh tế quốc dân, gắn liền với đời sống của nhân dân và sự sống còn của nước ta và nhiều nước trong khu vực Đã từ lâu con người khai thác tài nguyên rừng, lấy ra một khối lượng gỗ củi đáng kể phục vụ cho sản xuất đời sống và cho khâu xuất khẩu

Ngày nay, trong thời kỳ đổi mới, hoà cùng nhịp phát triển chung của đất nước, lâm nghiệp đã và đang có những bước chuyển mình mạnh mẽ từ lâm nghiệp truyền thống dựa vào khai thác rừng tự nhiên và sử dụng lực lượng quốc doanh là chính sách xây dựng nền lâm nghiệp xã hội, huy động sự tham gia của toàn dân và các thành phần kinh tế, tăng cường công tác bảo vệ rừng, trồng rừng

và chế biến gỗ từ rừng trồng đáp ứng nhu cầu của xã hội và xuất khẩu [4]

Hiện nay do nhiều nguyên nhân chủ quan và khách quan, diện tích rừng nước ta ngày càng bị thu hẹp, nguồn tài nguyên cũng ngày càng cạn kiệt về số lượng và chất lượng Để bảo vệ diện tích rừng hiện có, Nhà nước đã có chủ trương khoanh nuôi, tái tạo vốn rừng, hạn chế khai thác đến mức thấp nhất sản lượng gỗ ở rừng tự nhiên Bên cạnh đó Nhà nước cũng có chủ trương giao đất, giao rừng cho các tổ chức, hộ gia đình, cá nhân quản lý sử dụng nhằm khai thác triệt để và hiệu quả tiềm năng to lớn về đất rừng, nhân lực, vốn, đồng thời phát huy cao tinh thần làm chủ với sự nghiệp bảo vệ, khôi phục phát triển kinh doanh lợi dụng rừng đạt hiệu quả kinh tế cao mà vẫn đảm bảo môi trường sinh thái, phát triển mạnh trồng rừng, phủ xanh đất trống, đồi núi trọc

Rừng được trồng trên mọi địa bàn từ đồng bằng, trung du và miền núi với

trường Diện tích rừng trồng tăng nhanh, tỷ lệ che phủ đảm bảo cân bằng sinh thái, đồng thời sẽ đáp ứng nhu cầu về gỗ củi của các ngành kinh tế, quốc phòng

và đời sống xã hội Việc sử dụng sản phẩm gỗ củi trước mắt và lâu dài chủ yếu dựa vào gỗ rừng trồng

Rừng được trồng tuỳ theo yêu cầu mục đích đề ra, tuy nhiên có thể phân loại như sau:

- Rừng phòng hộ là rừng được trồng ở những nơi xung yếu bảo vệ nguồn nước, bảo vệ đất, chống xói mòn, hạn chế thiên tai, bảo vệ môi trường sinh thái

- Rừng đặc dụng là các khu rừng được thiết lập có tác dụng đặc biệt như rừng nghiên cứu, rừng chống ô nhiễm môi trường cho các khu công nghiệp, thành phố, bảo vệ và phát triển các loại động thực vật quý hiếm

- Rừng sản xuất là rừng nguyên liệu gắn với các khu công nghiệp chế biến và phục vụ các ngành sản xuất khác

Càng những năm gần đây diện tích rừng càng có xu thế tăng lên rõ rệt Nhưng trong quá trình phát triển mạnh của đất nước đã thúc đẩy khai thác các sản phẩm từ rừng là lớn nhất, dự báo nhu cầu sử dụng lâm sản hàng năm trong giai đoạn 2003 - 2020 như sau [4]:

Bảng 1: Dự báo nhu cầu về gỗ trong những năm tới

Nhu cầu Năm 2003 Năm 2005 Năm 2010 Năm 2015 Năm 2020

giấy, ván dăm, gỗ phục vụ cho khai thác than, gỗ cho thủ công mỹ nghệ và gỗ phục vụ cho xây dựng Nhu cầu về gỗ là vô cùng lớn mà rừng tự nhiên đang bị hạn chế khai thác và thay vào đó là khai thác rừng trồng là chính

Hiện nay việc khai thác gỗ rừng trồng thường áp dụng các loại hình công nghệ sau: [1]

- Loại hình công nghệ khai thác gỗ nguyên cây: cây gỗ sau khi chặt hạ được giữ nguyên cả cành, tán lá rồi kéo ra bãi gỗ Tại đây chúng được cắt khúc theo quy cách sản phẩm rồi được vận chuyển đến nơi tiêu thụ Cành và ngọn cây tuỳ theo khả năng chế biến tận dụng có thể được băm thành dăm, tạo ra bột giấy…

- Loại hình công nghệ khai thác gỗ dài: cây gỗ sau khi chặt hạ được cắt cành, ngọn và kéo nguyên cây ra bãi gỗ ven đường Tại đây chúng được cắt khúc rồi vận chuyển đến nơi tiêu thụ

- Loại hình công nghệ khai thác gỗ ngắn: toàn bộ các thao tác hạ cây, cắt cành ngọn và cắt khúc đều được thực hiện ở nơi chặt hạ sau đó các khúc gỗ được tập trung về bãi và đưa đến điểm tiêu thụ

Vận xuất gỗ là quá trình di chuyển cây gỗ hay các khúc gỗ từ nơi chặt hạ

về tập trung ở ven đường hay bãi gỗ để từ đó bốc lên phương tiện vận chuyển Đây là khâu khó khăn nặng nhọc và phức tạp nhất trong toàn bộ quá trình khai thác gỗ Chính vì vậy mà đã có nhiều nghiên cứu về công nghệ và máy móc thiết

bị tập trung vào khâu sản xuất này

Căn cứ vào nguồn động lực và phương tiện có các hình thức vận xuất sau: + Vận xuất bằng sức người: gỗ được đưa đến bãi tập trung bằng cách vác vai, lao xeo, bắn bẩy,

+ Vận xuất bằng súc vật: gỗ được đưa đến bãi tập trung nhờ sức kéo của một số loại động vật như: trâu, bò, voi, ngựa,

+ Vận xuất gỗ bằng máng lao: dựa vào điều kiện tự lao của cây gỗ để đưa gỗ về bãi tập trung

+ Vận xuất gỗ bằng tời: sử dụng tời hoạt động độc lập hoặc tời của các loại xe lâm nghiệp để kéo gỗ về bãi tập trung

+ Vận xuất gỗ bằng máy kéo: sử dụng máy kéo bánh xích hoặc máy kéo bánh hơi

+ Vận xuất gỗ bằng đường cáp trên không

Trong các loại hình trên thì vận xuất gỗ bằng máy kéo vẫn chiếm ưu thế

và được áp dụng ở nhiều nước kể cả nước ta

1.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng máy kéo bánh hơi cỡ vừa và nhỏ trong khâu vận xuất gỗ

Những năm trước đây, việc khai thác gỗ rừng tự nhiên là chủ yếu Cây gỗ

có kích thước lớn, sản lượng gỗ tập trung, điều kiện địa hình phức tạp Vì thế, chúng ta phải nhập những loại liên hợp máy kéo bánh hơi và bánh xích có công suất lớn, khả năng vượt chướng ngại vật tốt, mức độ phá hoại môi trường như: mặt đất, cây con lớn, liên hợp máy kéo có độ bền và tính an toàn cao, song giá thành đắt chỉ phù hợp với quy mô sản xuất lớn

Hiện nay, diện tích rừng tự nhiên bị thu hẹp, thay vào đó là diện tích rừng trồng với quy mô vừa và nhỏ Vì vậy cần sử dụng máy kéo bánh hơi cỡ vừa và nhỏ để vận xuất gỗ

Tháng 8 năm 1963 Hội nghị quốc tế về quy hoạch các đường vận chuyển lâm nghiệp tổ chức tại Giơnevơ và năm 1980 ở Ulanbato (Mông Cổ) đã quyết định nhanh chóng thay thế dần máy kéo bánh xích bằng máy kéo bánh hơi dùng trong hoạt động lâm nghiệp Từ đó đến nay nhiều công trình nghiên cứu về máy kéo bánh hơi đã được thực hiện, hàng loạt các mẫu máy mới được ra đời và qua

thực tế sử dụng đã khẳng định tính ưu việt hơn hẳn của máy kéo bánh hơi so với bánh xích [17]

Những nước trên thế giới có nền công nghiệp phát triển sản xuất lâm nghiệp với quy mô lớn đã chế tạo và sử dụng các loại máy kéo chuyên dùng hiện đại có công suất lớn cho năng suất cao

Ở Phần Lan người ta chế tạo loại máy Skidder của hãng Timberjack dùng

để vận xuất gỗ, trên máy được trang bị tời cáp, cần treo, ngoạm gỗ hoặc tay bốc thuỷ lực để vận xuất gỗ [11]

Từ năm 1957 Liên Xô (cũ) đã sử dụng các loại máy kéo bánh hơi chuyên dùng để vận xuất gỗ như T210, K210, K730, … một số còn được trang bị tay thuỷ lực để tự bốc gỗ như: 1 - 17, T127 Qua thực tiễn sử dụng các chuyên gia

đã khẳng định máy kéo bánh hơi vận xuất gỗ có tính cơ động cao, cho năng suất cao và mở ra triển vọng có thể chuyển gỗ thẳng từ nơi chặt hạ ra bãi gỗ hoặc xuống đường vận chuyển giảm bớt được khâu trung gian[10]

Máy kéo Volvo là loại máy kéo bánh hơi do Thuỵ Điển sản xuất, có trang

bị thiết bị chuyên dùng là rơmoóc một trục và tay thuỷ lực Nhờ tính ưu việt của tay thuỷ lực của máy nâng cao được khả năng bốc, xếp và dỡ gỗ một cách đơn giản, tăng năng suất, giảm giá thành sản phẩm Nước ta đã nhập loại máy kéo Volvo để phục vụ cho khâu bốc, xếp, dỡ gỗ của các vùng nguyên liệu giấy Vừa qua có một số đề tài nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị chuyên dùng lắp với máy bánh hơi nông nghiệp để vận chuyển gỗ

Năm 1963, tập thể cán bộ phòng cơ giới lâm trường Bắc Yên và viện Công nghiệp rừng đã nghiên cứu chế tạo tời hai trống lắp trên máy kéo Krazbat

để vận xuất gỗ[8]

Năm 1970, TS Nguyễn Kính Thảo đã nghiên cứu động lực học kéo của

hệ thống máy kéo bánh hơi lâm nghiệp để chặt chăm sóc rừng[12]

Năm 1972, TS Nguyễn Kính Thảo và tập thể cán bộ giảng dạy khoa Công nghiệp rừng trường Đại học Lâm nghiệp đã nghiên cứu thành công máy kéo khung gập L35 có thiết bị tời cáp vận xuất gỗ phù hợp với điều kiện phức tạp của rừng tự nhiên Máy có thể dùng cáp tời gom gỗ từ xa và len lỏi trong khu vực khai thác để vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết

Năm 1982, phòng kỹ thuật Nhà máy cơ khí 15 - 2 đã nghiên cứu cải tiến

xe Kraz theo kiểu xe Reo có thiết bị tời cáp và dàn khung cứng của thùng xe, gắn puly dẫn động cáp mang tải khi kéo gỗ lên và xuống theo nguyên tắc bốc dọc

Năm 1983, TS Nguyễn Nhật Chiêu đã nghiên cứu tải trọng của máy kéo bánh hơi khung gập với tay thuỷ lực khi gom và vận suất gỗ trên các sườn dốc [13]

Năm 1985, Nguyễn Kính Thảo và tập thể cán bộ Viện Khoa học Lâm nghiệp đã chế tạo thành công tời một trống dẫn động từ trục thu công suất của máy kéo bánh hơi Zeto 65 mã lực, bốc gỗ theo kiểu Reo

Năm 1997, PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu cùng bộ môn Máy Lâm nghiệp trường Đại học Lâm nghiệp đã thiết kế, chế tạo thiết bị chuyên dùng lắp trên máy kéo bánh hơi DFH - 180 vận gỗ theo phương pháp kéo nửa lết

Năm 2002, TS Nguyễn Tiến Đạt đã nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng vận xuất gỗ rừng trồng bằng phương pháp kéo nửa lết của máy kéo bốn bánh cở nhỏ (18 - 24 mã lực)

1.3 Tình hình nghiên cứu áp dụng các thiết bị chuyên dùng trên máy kéo

xuất nông nghiệp Các công trình nghiên cứu về máy kéo cỡ nhỏ phục vụ sản xuất lâm nghiệp, nhất là cho vận xuất, vận chuyển gỗ còn rất ít

Để sử dụng hợp lý các loại máy kéo công suất nhỏ phục vụ sản xuất lâm nghiệp cần phải có nhiều công trình nghiên cứu đầy đủ hơn về tất cả các yếu tố động lực học ảnh hưởng đến khả năng làm việc, từ đó chọn chế độ sử dụng hợp

lý nhất, cải tiến kết cấu phù hợp điều kiện sản xuất lâm nghiệp Việt Nam

Từ những năm 60 của thế kỷ XX, máy kéo đã được xác định là một nguồn động lực rất quan trọng của sản xuất nông lâm nghiệp nước ta Ở cả hai miền Nam Bắc nước ta đã nhập nhiều các loại máy kéo cỡ lớn, nhỏ của nhiều nước trên thế giới như: Liên Xô, Tiệp Khắc, Rumany, Trung Quốc, Nhật Bản để phục

vụ sản xuất nông lâm nghiệp

Cùng với việc nhập khẩu các loại máy kéo của các nước, chúng ta đã rất chú trọng việc nghiên cứu để chế tạo các loại máy kéo mang nhãn hiệu Việt Nam như: Bông Sen - 20, Bông Sen - 12, Bông Sen - 8 Đây chính là nguồn động lực quan trọng cho ngành sản xuất nông lâm nghiệp ở nước ta

Trong những năm gần đây, thực hiện cơ chế khoán 10, ruộng đất được chia lâu dài cho các hộ nông dân Bên cạnh đó nhà nước có chủ trương giao đất, giao rừng cho các tổ chức, cá nhân hộ gia đình lên các liên hợp máy kéo nhỏ đóng vai trò quan trọng trong sản xuất nông nghiệp, lâm nghiệp Nó đảm bảo hầu hết các công việc như làm đất, vận chuyển phân bón, cây con

Máy kéo cỡ nhỏ tỏ ra khá phù hợp với nền kinh tế thị trường hiện nay, khi

mà ruộng đất chia thành lô, thửa có kính thước vừa và nhỏ, hơn nữa lại rất phù hợp với vốn đầu tư của các hộ nông dân Tuy nhiên các nghiên cứu liên hợp máy kéo cỡ nhỏ chưa nhiều, đặc biệt là liên hợp máy kéo cỡ nhỏ trong sản xuất lâm nghiệp Các công trình nghiên cứu liên hợp máy kéo cỡ nhỏ trong vận xuất gỗ mới chỉ tập trung đánh giá hiệu quả kinh tế khi sử dụng chúng phục vụ sản xuất

Hiện nay các trang trại và hộ gia đình có trang bị rất nhiều các loại máy kéo hai bánh, bốn bánh như: Bông Sen - 12, Bông Sen - 20, Shibaura, DFH - 180… các loại máy này phục vụ chủ yếu sản xuất nông nghiệp là chính nên thời gian rảnh rỗi còn nhiều Chính vì vậy đã có một số đề tài nghiên cứu áp dụng các thiết bị chuyên dùng lắp trên máy kéo bánh hơi cỡ nhỏ để vận xuất gỗ rừng trồng

Năm 1995, PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu cùng một số cán bộ giảng dạy Trường Đại học Lâm nghiệp đã thực hiện đề tài nghiên cứu thuộc đề tài cấp nhà nước mã số KN - 03 - 04 “Thiết kế chế tạo và khảo nghiệm sản xuất thiết bị vận xuất gỗ bốc dỡ và vận chuyển để khai thác vùng nguyên liệu giấy gỗ nhỏ rừng trồng” Một trong những nội dung chủ yếu của đề tài là thiết kế chế tạo thiết bị vận xuất bốc dỡ và vận chuyển gỗ kết hợp giữa tời cáp, cơ cấu nâng hạ thuỷ lực

và rơmoóc một trục trên máy kéo động lực MTZ - 50[1]

Hình 1.1 Thiết bị chuyên dùng lắp trên máy kéo MTZ - 50

Năm 1997, nhóm cán bộ giảng dạy bộ môn Máy Lâm nghiệp đã thiết kế chế tạo thiết bị chuyên dùng là tời cáp cơ khí một trống và cần treo gỗ hình chữ

A lắp sau máy kéo DFH - 180 để vận xuất gỗ nhỏ rừng trồng

Hình 1.2 Thiết bị chuyên dùng lắp trên máy kéo DFH-180

Năm 2001, kỹ sư Nguyễn Anh Trường đã tiến hành khoá luận: “Thiết kế trang bị chuyên dùng lắp cho máy kéo lái càng Đông Fong D12 để vận xuất gỗ rừng trồng” Thiết bị này gồm có nguồn động lực là máy kéo nông nghiệp Đông Fong 12 mã lực, tời để gom gỗ Ngoài ra còn lắp thêm hai bánh hơi phía sau và một cần chữ A và gỗ được vận xuất theo phương pháp nửa lết

Năm 2002, kỹ sư Phùng Văn Nghĩa thực hiện khoá luận: “Thiết kế trang

bị chuyên dùng cho máy kéo hai bánh để vận xuất gỗ nhỏ rừng trồng” Thiết bị này gồm nguồn động lực là máy kéo Bông Sen - 8, tời kéo gỗ, xe chuyên dùng lắp cho máy kéo hai bánh để vận xuất gỗ nhỏ rừng trồng theo phương pháp nửa lết

Năm 2006, PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu trong khi thực hiện đề tài nhánh cấp nhà nước mã số KC - 07 - 26 - 05 đã thiết kế chế tạo thiết bị tời cáp lắp sau máy kéo Shibaura để vận xuất gỗ rừng trồng Thiết bị đã được thử nghiệm trong sản xuất và cho năng xuất rất cao[2]

Hình 1.3 Thiết bị tời cáp lắp trên máy kéo Shibaura

Năm 2006, kỹ sư Ninh Khắc Lợi đã thực hiện khoá luận: “Thiết kế tời dẫn động cơ khí lắp sau máy kéo Shibaura để vận xuất gỗ rừng trồng” Tời lắp sau máy kéo được dẫn động bằng bộ truyền xích và gỗ đựơc kéo theo phương pháp nửa lết

Tuy nhiên, các đề tài của sinh viên chủ yếu phục vụ nghiên cứu và học tập, việc chế tạo các thiết bị này để đưa vào sản xuất thực tế còn rất ít Trong những năm gần đây đã có một vài đề tài nghiên cứu các bộ phận công tác làm những việc khác như cắt tỉa cành cây, khoan hố trồng cây, lắp trên máy kéo Bông Sen - 8 nhưng chỉ mới dừng lại ở việc tính toán thiết kế trên lý thuyết chưa đưa ra chế tạo, thử nghiệm

Để sử dụng máy kéo Bông Sen - 8 vào mục đích này sinh viên Nguyễn Viết Bắc thực hiện đề tài: “Thiết kế cải tiến máy kéo Bông Sen thành máy kéo khung gập vận xuất gỗ rừng trồng” Để có thể gom gỗ từ xa, kéo gỗ theo phương pháp nửa lết cần thiết kế thêm bộ phận chuyên dùng cho máy kéo khung gập này Vì vậy tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Thiết kế thiết bị chuyên dùng lắp trên máy kéo cỡ nhỏ để vận xuất gỗ rừng trồng”

Mục đích của đề tài là thiết kế ra một thiết bị chuyên dùng lắp trên máy kéo cỡ nhỏ để vận xuất gỗ rừng trồng, nhằm đưa máy kéo bánh hơi cỡ nhỏ vào việc vận xuất gỗ tận dụng thời gian nhàn rỗi của máy, tăng năng suất, hạ giá thành sản phẩm, cải thiện điều kiện làm việc cho người công nhân

Hình 2.1 Máy kéo Bông Sen - 8

Máy kéo Bông sen - 8 gồm hai phần chính là động cơ và hệ thống truyền lực Động cơ máy kéo là động cơ Diezel 180 có số vòng quay 2600 vòng phút, công suất 8 mã lực Hệ thống truyền lực gồm bộ truyền đai, côn ma sát, hộp số,

ly hợp vấu chuyển hướng và cặp bánh chủ động Động cơ và hộp số của máy kéo được lắp cố định vào khung máy kéo

1 Kích thước bên ngoài: dài, rộng, cao: 1820 x 815 x 1100 (mm)

- Mức tiêu hao nhiên liệu: 210 g/cvh

- Bộ truyền đai: Đai thang kiểu A

5 Bộ ly hợp: Kiểu khô, 3 đĩa

12 Áp suất hơi trong lốp: 1,4 - 1,2 KG/cm2

2.2 Đề xuất phương án thiết kế

Sau khi nghiên cứu kỹ cấu tạo, đặc tính kỹ thuật của máy kéo Bông Sen - 8, tìm hiểu các thiết bị chuyên dùng lắp trên máy kéo để vận xuất gỗ rừng trồng hiện có trong nước và trên thế giới, tham khảo một số khoá luận tốt nghiệp trong những năm trước tôi đề xuất hai phương án thiết kế như sau:

Phương án 1: Thiết bị chuyên dùng kiểu tời cáp dẫn động thuỷ lực với vòm chữ A treo gỗ

Hình 2.2 Thiết bị chuyên dùng kiểu tời cáp với dẫn động thuỷ lực và vòm chữ A

1- Trục thu công suất; 2 - puly vấu; 3 - bộ truyền dây đai; 4 - trục (lắp bánh đai chủ động); 5 - gối đỡ trục (ổ đỡ); 6 - khớp nối; 7 - bơm thuỷ lực; 8 – bình dầu thuỷ lực; 9, 10, 13, 14, 22 - ống dẫn dầu; 11 - hộp van phân phối thuỷ lực; 12 - đồng hồ đo áp suất; 15 - động cơ thuỷ lực; 16 - bộ truyền xích; 17 - hộp giảm tốc trục vít bánh vít; 18 - khớp nối; 19 - trống tời; 20 - dây cáp tời; 21

- ròng rọc dẫn hướng; 23 - giá đỡ tời; 24 - ổ đỡ trục trống tời; 25 - thanh đỡ; 26,28 - tấm đỡ; 27 - trục tời

Thiết bị chuyên dùng lắp trên máy kéo Bông Sen - 8 để kéo gỗ rừng trồng gồm các bộ phận chính sau: Tời kéo gỗ, ròng rọc chuyển hướng và hệ thống truyền lực dẫn động cho tời

Khung của tời được lắp cứng trên tấm 26 bằng các bulông Trên khung có

2 ổ đỡ trục tời 24, trống tời 19 được hàn cứng với trục tời 27 Trên trống tời quấn dây cáp 20, trục trống tời 27 được lắp với trục ra của hộp giảm tốc trục vít bánh vít 17 bằng khớp nối 18 Động cơ thuỷ lực 15 được lắp vào giá hình chữ L, giá này được ghép với tấm 26 bằng 4 bulông Trục của động cơ thuỷ lực 15 được dẫn động đến trục vào của hộp giảm tốc trục vít bánh vít 17 qua bộ truyền xích 16

Hệ thống thuỷ lực gồm bình chứa dầu thuỷ lực 8, bộ lọc dầu 7, hộp van phân phối thuỷ lực 11, đồng hồ đo áp suất 12, van an toàn, các ống dẫn dầu 9,10,13,14,22 và động cơ thuỷ lực 15

Thùng chứa dầu 8 được lắp trên hộp số máy kéo bằng 4 bulông, ở trong thùng dầu có bộ phận lọc dầu hồi và lưới lọc dầu ra

Bơm dầu 7 được đặt trên tấm đỡ 28 nằm giữa động cơ và hộp số và được lắp với khung máy kéo bằng các bulông Truyền động cho bơm dầu được thực hiện từ trục thu công suất 1 qua cụm puly vấu qua bộ truyền đai 3 đến trục 4 qua khớp nối 6

Để đỡ trục 4 dùng ụ đỡ với ổ bi 5 Khi cần truyền động cho bơm dầu thì ly hợp vấu của cụm puly vấu 2 đóng, khi không cần truyền động cho bơm dầu thì

ly hợp vấu ngắt

Hộp van phân phối thuỷ lực 11, đồng hồ đo áp suất 12 được lắp trên tấm đỡ

25 lắp trên thân máy kéo bởi các bulông Khi bơm làm việc dầu có áp suất cao

từ bơm 7 theo ống dẫn 10 đến hộp van phân phối 11, tuỳ vị trí tay điều khiển, từ hộp van phân phối dầu có áp đi theo một trong hai đường dẫn dầu 13 hoặc 14 đến động cơ thuỷ lực làm trục động cơ thuỷ lực 15 quay Dầu từ khoang còn lại của động cơ thuỷ lực theo đường dẫn dầu qua hộp van phân phối qua đường dầu

22, bộ lọc dầu hồi trở về bình chứa 8 Tay điều khiển phân phối thuỷ lực có 3 vị trí: trung gian (trục động cơ đứng im), thuận chiều (động cơ quay theo chiều quấn cáp), ngược chiều (động cơ quay theo chiều nhả cáp)

Liên hợp máy kéo với thiết bị chuyên dùng khi gom và kéo gỗ như sau:

Để vận xuất gỗ rừng trồng bằng liên hợp máy gồm máy kéo Bông Sen - 8

và thiết bị chuyên dùng cần 2 người: Người thứ 1 điều khiển liên hợp máy, người thứ 2 làm nhiệm vụ buộc và tháo dây cáp Người thứ 1 điều khiển liên hợp máy tới khu khai thác, quay đầu máy theo hướng vận xuất, đuôi máy quay

về phía cây gỗ đã được chặt Người thứ 1 điều khiển cần gạt của hộp van phân

phối để động cơ thuỷ lực quay theo chiều nhả cáp, người thứ 2 kéo cáp về phía cây gỗ cần kéo, tiếp đó điều khiển đưa cần gạt của hộp van phân phối về vị trí trung gian để động cơ thuỷ lực ngừng quay, người thứ 2 cầm đầu dây cáp buộc vào gốc cây gỗ đã chặt và ra hiệu cho người thứ 1 điều khiển cho cần gạt hộp van phân phối để động cơ thuỷ lực quay theo chiều quấn cáp để kéo gỗ về phía liên hợp máy Khi một đầu cây gỗ được kéo đến gần liên hợp máy, một đầu của

nó được nâng lên trong khoảng không gian của giá chữ A, người thứ 1 lập tức đưa tay lên điều khiển về vị trí trung gian để động cơ thuỷ lực ngừng quay và một đầu gỗ được treo trên giá chữ A Sau đó gài số để liên hợp máy kéo gỗ theo phương pháp kéo nửa lết về bãi gỗ Về tới bãi gỗ, điều khiển cần gạt của hộp van phân phối theo chiều nhả cáp để nhả cây gỗ xuống mặt đất Người thứ 2 tháo dây cáp khỏi cây gỗ, người thứ 1 điều khiển tời quấn cáp lại, cứ như vậy liên hợp máy lại tiếp tục vào khu khai thác để kéo gỗ ra bãi

Phương án này có ưu nhược điểm như sau:

Ưu điểm:

+ Kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, dễ sử dụng

+ Tời không cần có phanh và bộ phận dừng

+ Ống dẫn thuỷ lực ngắn, ít tổn thất thuỷ lực

+ Truyền động êm dịu

+ Dễ dàng tự ngắt khi quá tải nên rất an toàn cho thiết bị tời cáp

Nhược điểm: Dùng truyền động thuỷ lực cho tời nên hiệu suất không cao.Phương án 2: Thiết kế thiết bị chuyên dùng kiểu ngoạm thuỷ lực để ngoạm gỗ

Thiết bị chuyên dùng lắp trên máy kéo cỡ nhỏ để vận xuất gỗ được thiết

kế theo phương án này có cấu tạo như sau (hình 2.3.):

Hình 2.3 : thiết bị chuyên dùng kiểu ngoạm thuỷ lực ngoạm gỗ

1 - thùng dầu, 2 - hộp van phân phối, 3 - đồng hồ đo áp suất, 4 - ống dẫn dầu, 5

- tấm thép, 6 - động cơ thuỷ lực, 7 - khớp nối, 8 – bơm thuỷ lực, 9 - gối dỡ trục,

10 - bộ truyền đai, 11 - trục thu công suất, 12 - cụm puly vấu, đai,13 - ngoạm, 14,16 – xylanh, 15 - cần chữ A, 17 – khung

Khung chữ A 15 được lắp khớp với khung 17 và có thể thay đổi tầm vươn nhờ xylanh thuỷ lực 16 Ở đầu cần chữ A treo ngoạm gỗ 13 sao cho hai càng của ngoạm nằm trên mặt phẳng thẳng góc với phương kéo gỗ Ngoạm đóng mở được nhờ hai xylanh 14 hoạt động đồng thời Hai xylanh đóng mở ngoạm 14 và hai xi lanh 16 hoạt động nhờ hệ thống thuỷ lực đặt trên máy kéo tương tự như phương án một, chỉ khác là hệ thống thuỷ lực không có động cơ thuỷ lực dẫn động cho tời; hộp van phân phối gồm hai ngăn, một ngăn để điều khiển hai xylanh 14, một ngăn để điều khiển hai xylanh 16

Thiết bị chuyên dùng được thiết kế theo phương án này hoạt động như sau:

Người điều khiển liên hợp máy vào khu khai thác, quay đầu máy theo hướng vận xuất, đuôi máy về phía cây gỗ đã được chặt Điều khiển cần gạt ngăn thứ nhất của hộp van phân phối để dầu từ bơm 9 theo ống dẫn dầu 4 đến xylanh

16 để hạ cần chữ A và ngoạm xuống gốc cây gỗ đã được chặt, đồng thời gạt ngăn thứ hai của hộp van phân phối để hai càng ngoạm mở ra Khi ngoạm đã mở

và chạm đất điều khiển cần gạt của ngăn thứ hai cho ngoạm ôm chặt gốc cây gỗ Tiếp theo đó gạt cần gạt của ngăn thứ hai theo chiều ngược lại để nâng cần chữ

A cùng gốc cây gỗ đã được ngoạm chặt lên độ cao thích hợp Điều khiển để liên hợp máy kéo gỗ theo phương pháp nửa lết về phía bãi gỗ Về tới bãi gỗ cho liên hợp máy chuyển động chậm dần đồng thời điều khiển xylanh 16 làm cần chữ A cùng cây gỗ hạ sát mặt đất, điều khiển cần gạt của ngăn thứ hai để xylanh 14 mở ngoạm 13 nhả cây gỗ xuống mặt đất Sau đó điều khiển cần gạt của ngăn thứ

nhất của hộp van phân phối để nâng cần chữ A và ngoạm lên Cứ như vậy chu

kỳ kéo gỗ được lặp lại một cách tương tự

Phương án này có ưu nhược điểm như sau:

Ưu điểm: Dùng ngoạm nên không cần theo một người để kéo cáp, tháo buộc cây gỗ

Nhược điểm:

+ Không có cáp thả ra để kéo gỗ từ xa lại, phải di chuyển máy đến tận gốc cây gỗ cần kéo

+ Chỉ thích hợp cho khu đất bằng phẳng

2.3 Tiêu chí lựa chọn phương án thiết kế

Phương án thiết kế được lựa chọn dựa trên các tiêu chí sau:

- Kết cấu đơn giản gọn nhẹ

- Làm việc tin cậy cho năng suất cao

2.4 Lựa chọn phương án thiết kế

Trên cơ sở phân tích, so sánh ưu nhược điểm hai phương án đã đề xuất, căn

cứ vào tiêu chí lựa chọn phương án thiết kế đã được đề ra tôi chọn phương án thiết kế thiết bị chuyên dung kiểu tời cáp với dẫn động thuỷ lực và vòm chữ A treo gỗ là phương án thiết kế

Chương 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHUYÊN DÙNG 3.1 Nghiên cứu khả năng kéo của máy kéo Bông Sen - 8

Khả năng kéo của máy kéo là một chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng để xác định tải trọng cho máy kéo Khả năng kéo cho ta biết: trong điều kiện cụ thể máy kéo vận xuất được bao nhiêu gỗ Để xác định được khả năng kéo của máy kéo Bông Sen - 8 ta đi xác định các thông số sau:

Mô men quay trên trục động cơ có thể xác định từ biểu thức sau:

N =

60

2

M 

(3.1) Trong đó:

- N: công suất của máy kéo (8 mã lực = 5,88);

- M: mô men quay trên trục của động cơ (N.mm);

- n: số vòng quay trên trục động cơ (2600 v p);

60



2600 14 , 3 2

88 , 5 60

= 21607 N.mn Lực kéo tiếp tuyến định mức của máy kéo Bông Sen - 8

Theo [9], lực kéo tiếp tuyến được xác định theo công thức sau:

i: tỷ số truyền của hệ thống truyền lực;

r: bán kính làm việc của bánh chủ động (r = 0,28 m);

 : hiệu suất của hệ thống truyền lực (  0 , 83);

Thay các giá trị tương ứng ở các số truyền ở biểu thức (3.2) ta được trị số của lực kéo tiếp tuyến

Khi máy kéo chạy ở số truyền I:

83 , 0 94 , 65 21607

= 4223 N Khi máy kéo chạy ở số truyền II:

83 , 0 9 , 49 21607

= 3196 N Khi máy kéo chạy ở số truyền III:

28 , 0

83 , 0 7 , 19 21607

.3

r

i M

N Khi máy kéo chạy ở số lùi:

83 , 0 8 , 91 21607

= 6283 N Kết qủa tính toán được thể hiện trên bảng 02 :

Bảng 02: Lực kéo tiếp tuyến ở các số truyền

Trong đó:

- Pi : lực cản độ dốc, Pi = G.sin ;

- G: là trọng lượng phần đầu máy;

-  : là góc nghiêng của địa hình;

- Pf : lực cản lăn;

Pf = f.G.cos.

f: hệ số lăn;

FKi : lực kéo tiếp tuyến ở các số truyền;

PKi : khả năng kéo của máy kéo khi làm việc ở số truyền i;

Khả năng kéo của máy kéo ở các số truyền phụ thuộc vào loại đường và góc nghiêng 

3.2 Xác định tải trọng kéo

3.2.1 Tính lực kéo gỗ T mà máy kéo có thể kéo đƣợc

Giả sử máy kéo khung gập kéo gỗ trên đường băng phẳng (hình 3.1) lực cản độ dốc Pi = G.sin = 0, máy kéo chuyển động đều nên lực quán tính Pj = 0,

bỏ qua lực cản không khí vi máy chuyển động chậm

Hinh 3.1: Các ngoại lực tác dụng lên liên hợp máy

Các lực tác dụng lên liên hợp máy kéo gồm có:

- T là lực kéo của dây cáp buộc gỗ T được phân ra làm hai thành phần: Tx song song với phương chuyển động; Ty thẳng góc với mặt đất;

- Gk là trọng lượng của toàn bộ hệ thống khung (Gk = 1000);

- Gc là trọng lượng của các thiết bị chuyên dùng lắp trên khung máy kéo: động cơ thủy lực, tời, cáp, hộp giảm tốc (Gc = 200N);

- Gng là trọng lượng của người (Gng= 700N);

- Gg là trọng lượng của ghế ngồi (Gg = 100N);

- Gm là trọng lượng của đầu máy kéo (Gm = 2000N);

- Pf là lực cản lăn của máy kéo;

- Fk là lực kéo tiếp tuyến của máy kéo

Khi máy kéo chuyển động đều trên đường bằng phẳng ta có phương trình cân bằng lực kéo:

Fk – Tx – Pf = 0  Fk = Tx + Pf (3.4) Trong đó:

Tx = T osc  (3.5)

Fk = 4223 N là lực kéo tiếp tuyến của máy kéo khi đi ở số I (tốc độ của máy kéo đi ở số I là 3,67 Km h)

Pf = (Tz + G).f (3.6) Với trọng lượng tổng cộng của liên hợp máy là:

.

f

f G F

T  k 

Do khả năng kéo của máy kéo còn bị gới hạn bởi sức bám của bánh chủ động với mặt đất: Pb = (Gm + Gng + Gg + Pz).

Ở đây hệ số bám của bánh xe chủ động với mặt đất là  = 0,7[9]; Pz là phản lực theo phương OZ của hệ thống khung lắp sau máy kéo tác dụng lên đầu máy Vì vậy lực kéo T phải xác định theo điều kiện bám như sau:

os sin

P b G f T





 (3.7) Mặt khác ta có góc nghiêng  tính theo công thức sau đây[9]:

g tg

- j là gia tốc chuyển động của khúc gỗ;

-  là góc hợp bơi dây cáp kéo gỗ với đường vuông góc với mặt đất;

- n là hệ số phân bố trọng lượng của cây gỗ;

-  là góc hợp bởi trục cây gỗ nâng lên so với mặt đất;

n tg

f tg

.

1  

tg  3,438   73,780

 c  = os73,78os c 0,283 (3.10)

sin  = sin 73,780,959 (3.11)

Để xác định lực Pb ta cần đi xác định được thành phần Pz là lực tác dụng của hệ thống khung tác dụng lên đầu máy khi chiếu lên phương OZ

Ta giải phóng liên kết giữa hệ thống khung lắp sau máy kéo và đầu máy tại khớp nối và thay thế bằng các phản lực liên kết như sơ đồ sau:

Hình 3.3 Các lực tác dụng lên hệ thống khung

a G c b T

h T

sin

(3.12) Chiếu các ngoại lực tác dụng lên phương OZ ta có:

 Z RP Z  G C  T sin  0 Giải phương trình trên với ẩn là Pz ta có:

R T

G

P Z  C  sin (3.13) Thay (3.12) vào (3.13) ta được:

b r f

a G c b T

h T

T G

cos

Giải phương trình này với ẩn là Pz ta có:

b r f

a G r

f c h T

(3.14)

Thay giá trị của các thông số vào (3.14) ta có:

8 , 0 3 , 0 1 , 0

4 , 0 1200 959

, 0 3 , 0 1 , 0 2 , 0 283 , 0 1 1200

959 , 0 1 , 0 283 , 0

1 , 0 4000

553 , 0 2 , 2657 sin

cos

2 , 5957

2473 N 3.2.2 Trọng lƣợng của của cây gỗ có thể kéo

Khi máy kéo khung gập kéo gỗ trên đường băng phẳng, theo công thức đã

được chứng minh trong sách [9] trọng lượng của cây gỗ có thể kéo được là:

Q= os q.sin

q

T f

959 , 0 7 , 0 283 , 0

3397 N

3.2.3 Xác định tải trọng lên thiết bị kéo gỗ

Lực kéo tời là một thông số cơ bản để tính toán các bộ phận của tời cáp

vận xuất và động cỏ dẫn động Trước tiên ta đi xác định trọng lượng của khúc

gỗ cần kéo:

Thực tế cho thấy gỗ rừng trồng nước ta thường có đường kính trung bình

10 ÷ 30 cm, trong khâu vận xuất gỗ để phù hợp điều kiện địa hình và hình thức

vận xuất nên cây gỗ sau khi chặt hạ có chiều dài là 15 ÷ 25 m

Khi vận xuất gỗ bằng tời cáp thì khúc gỗ được kéo nửa lết từ xa về vị trí tập

đường mà khúc gỗ ở trạng thái nửa lết xa hơn so với cự ly vận xuất trung bình bằng hình thức kéo lết gỗ Khi gỗ được tời kéo lết hoàn toàn và nửa lết sinh ra lực ma sát giữa khúc gỗ và mặt đất

Xét sơ đồ kéo gỗ bằng tời trong trường hợp tổng quát [2]: Dây cáp tời buộc vào một đầu của cây gỗ kéo trên mặt đất có độ dốc α, phương dây cáp tạo với phương chuyển động góc γ, một đầu cây gỗ nâng lên góc λ so với mặt đất ( hình 3.2)

Trong trường hợp tổng quát có các lực sau tác dụng lên hệ thống:

- Trọng lượng của bó gỗ Q đặt ở trọng tâm được phân thành hai thành phần: Qcosα thẳng góc với mặt đất và Qsinα song song với phương chuyển động

- Lực cản trượt tác dụng lên phần lết của bó gỗ X, lực X được tính như sau:

X = R fq, trong đó fq là hệ số cản trượt giữa gỗ và đất

- Lực kéo của tời T tác dụng lên bó gỗ, T phân ra thành hai thành phần:Tcos song song với phương chuyển động;

 Z= Tsinγ - Qcosα + R = 0 (3.18)  M = X.L.sinλ + R.L.cosλ + Q.a.sinα.sinλ + Qj.a.sinλ – Q.a.cosα.cosλ =

g

j s

co s co n Q

sin

.

)]

(sin sin

.[

(3.21) Thay các giá trị và biến đổi ta được:

1 (

] (sin

[ ) 1 (

Q g

j tg

s co n tg

fq s co

(3.22) Mặt khác giải phương trình (3.17) đối với T ta có:

T=



 s co

X Qj Q

.

sin

(3.23) Thay các giá trị và biến đổi rút gọn ta được:

fq

Q fq g

j tg

s co n g

j tg

fq

) 1 (

)]

(sin

[ ) )(sin

1 (

g

j tg

s co n tg

fq s

Thực tế độ cao của ròng rọc chuyển hướng không lớn, khoảng cách kéo xa

và do tác dụng của trọng lượng bản thân dây cáp góc λ hầu như bằng 0 trong suốt quá trình kéo và cây gỗ gần như kéo lết trên mặt đất khi đó lực kéo của cáp tời được tính theo công thức đơn giản:

s co

g

j fq

(3.26)

Xét trường hợp lực kéo lớn nhất: Kéo gỗ theo chiều ngược dốc với độ dốc lớn (tới 200) hệ số cản trượt lấy trị số tối đa fq = 0,7 có kể đến lực quán tính lúc bắt đầu kéo, phương dây cáp gần như song song với phương chuyển động, tải trọng bó gỗ là 3397 N, ta tính được lực căng tối đa tác dụng lên cáp là T = 2,492

KN và lực căng cực đại của cáp khi quấn vào trống tời có kể đến việc vòng qua ròng rọc chuyển hướng:

492 ,

2 = 2,8 KN

 là hiệu suất của ròng rọc

3.3 Tính toán thiết kế tời kéo gỗ

Tmax: Lực kéo lớn nhất của tời cáp (N);

K: Hệ số an toàn Do máy và thiết bị tời cáp vận xuất gỗ trên mặt đất rừng nên chọn k = 7

Thay vào (3.27) ta được:

Tđứt = 2,8 7 = 19600 N Căn cứ vào Tđứt tính toán ở trên tra bảng về các loại cáp thép của Nga ta được loại cáp sau:

Bảng 03: bảng loại cáp theo tiêu chuẩn OCT3071  55 ,THTK6  37  222

3.3.2 Tính toán thiết kế trống tời

Giới hạn bền kéo (KG/mm2)

- Trống tời dùng để quấn cáp kéo gỗ chọn trống tời là loại trống trơn, chế tạo bằng thép theo phương pháp hàn cho phù hợp với chế tạo đơn chiếc

Đưòng kính trống tời Dt chọn theo:

Dt = (16÷30)dc (3.28) Chọn Dt = 18dc