Luận văn thạc sĩ nghiên cứu một số giải pháp nâng cao khả năng ổn định chống lật của máy kéo shibaura khi tay thủy lực bốc gỗ

Bộ giáo dục và đào tạo

Bộ nông nghiệp và pTNT

Trường đại học lâm nghiệp
=====***=====

Đào Sỹ Tam

Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao khả năng
ổn định chống lật của máy kéo Shibaura
khi tay thuỷ lực bốc gỗ

Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật
Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị
cơ giới hoá nông lâm nghiệp
MÃ số: 60.52.14

Người hướng dẫn khoa học
PGS.TS. Nguyễn Nhật Chiêu

Hà nội, năm 2008

c


Bộ giáo dục và đào tạo

Bộ nông nghiệp và pTNT

Trường đại học lâm nghiệp

=====***=====

Đào Sỹ Tam

Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao khả năng
ổn định chống lật của máy kéo Shibaura
khi tay thuỷ lực bốc gỗ

Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật

Hà nội, năm 2008

c


Lời cảm ơn
Trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Lâm
nghiệp theo chương trình đào tạo sau đại học chuyên nghành Kỹ thuật máy và
thiết bị cơ giới hoá nông lâm nghiệp khoá học 2005 -2008, đến nay tôi đÃ
hoàn thành khoá học và thực hiện thành công đề tài Nghiên cứu một số giải
pháp nâng cao khả năng ổn định chống lật của máy kéo Shibaura khi Tay thuỷ
lực bốc gỗ. Để hoàn thành được bản luận văn này, ngoài sự nỗ lực cố gắng
của bản thân tôi đà nhận được nhiều sự quan tâm giúp đỡ của các cá nhân và
đơn vị trong cũng như ngoài Trường. Nhân dịp này cho phép tôi được bày tỏ
lòng cảm ơn chân thành và sâu sắc tới:
Thầy giáo hướng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu đà dành
nhiều thời gian chỉ bảo tận tình và cung cấp nhiều tài liệu có giá trị.
Các Thầy, Cô giáo của tổ bộ môn Kỹ thuật cơ khí, Trung tâm nghiên
cứu thí nghiệm khoa Cơ điện và Công trình, Khoa đào tạo sau đại học, Trung
tâm thư viện Trường ĐHLN, Trường Trung cấp nghề Cơ điện và Kỹ thuật

Nông Lâm Đông Bắc nơi tôi đang công tác, thư viện Quốc gia Hà Nội đà tạo
mọi điều kiện, cung cấp thông tin, thiết bị phục vụ thí nghiệm và đóng góp
nhiều ý kiến quý báu giúp tôi hoàn thành tốt bản luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các chuyên gia của Viện Cơ điện nông
nghiệp và công nghệ sau thu hoạch, Bộ môn Cơ học ứng dụng của Trường Đại
Học Bách Khoa Hà Nội đà giành thời gian và đóng góp những ý kiến quý báu
cho bản luận văn này.
Qua đây cho phép tôi được cảm ơn tới gia đình, bạn bè cùng những
người thân đà động viên và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian vừa qua./.
Tác giả luận văn

Đào Sỹ Tam

c


1

đặt vấn đề
Hiện nay rừng tự nhiên ở nước ta còn lại rất ít, gỗ cho các ngành kinh tế
quốc dân và cho đời sống chủ yếu được khai thác tõ rõng trång. Dù ¸n trång
míi 5 triƯu ha rõng đà được Chính phủ phê duyệt và triển khai thực hiện từ
năm 1998 nhằm khôi phục, mở rộng và làm giàu nhanh chóng tài nguyên
rừng, đến nay rừng đà đến tuổi khai thác. Đi đôi với việc trồng rừng thì vấn đề
công nghệ và thiết bị trong khai thác rừng cũng phải được quan tâm đúng
mức. Công nghệ và thiết bị cơ giới hoá khai thác rừng tự nhiên được áp dụng
trước đây không còn phù hợp với việc khai thác gỗ rừng trồng. Một số thiết bị
nhập ngoại đà được áp dụng để khai thác gỗ rừng trồng nước ta, song nhìn
chung còn rất hạn chế vì chưa phù hợp với điều kiện tự nhiên, kinh tế xà hội
nước ta.

ở các nước đang phát triển trên thế giới và trong khu vực, có điều kiện gần
giống nước ta đà chọn và áp dụng công nghệ thích hợp đó là công nghệ trung
bình với việc áp dụng máy kéo bánh hơi nông nghiệp để khai thác rừng trồng.
Nhờ đó mà nâng cao được tỷ lệ cơ giới hoá khai thác rõng. Trong khi ®ã, n­íc
ta hiƯn nay cịng ®· nhËp và bắt đầu sản xuất nhiều loại máy kéo, trong đó
đáng chú ý là các loại máy kéo cỡ vừa và nhỏ, chúng đang được sử dụng tương
đối phổ biến trong nông nghiệp và một số trang trại. Các loại máy kéo này
thường được thiết kế chế tạo thêm một số trang bị như : Tời, tay thuỷ lực
(TTL), rơ moócđể phục vụ việc khai thác, bốc dỡ, vận chuyển gỗ và các
công việc khác trong nông nghiệp.
Đà có nhiều đề tài của nhiều tác giả trong và ngoài nước đà nghiên cứu,
chế tạo và khảo nghiệm các thiết bị tay thuỷ lực lắp trên máy kéo để bốc dỡ
gỗ. Các công trình nghiên cứu cho thấy tải trọng động lực học (ĐLH) khi TTL
nâng gỗ có ảnh hưởng đến tính ổn định của máy kéo. Tuy nhiên mức độ ảnh
hưởng của nó đến ổn định của liên hợp máy (LHM ) như thế nào đang là câu
hỏi cần được giải đáp. Thực tiễn đà có nhiều đề tài nghiên cứu liên quan đến
ổn định của LHM với TTL, thông thường người ta thiết kế thêm bộ phận chân

c


2

chống, lắp thêm đối trọng để nâng cao khả năng ổn định chống lật của máy
kéo, tuy nhiên cũng còn những giải pháp khác như lắp thêm bộ phận nối đàn
hồi có giảm chấn vào vị trí giữa ngoạm gỗ và đầu cần TTL để làm giảm tải
trọng ĐLH xuất hiện khi mở máy nâng tải nhằm nâng cao khả năng ổn định
chống lật của LHM.
Trong thời gian vừa qua đề tài nhánh cấp nhà nước, mà số: KC 07-26-05
Nghiên cứu lựa chọn công nghệ và hệ thống thiết bị để cơ giới hoá khai thác

gỗ rừng trồng trên độ dèc 10 - 200”, do PGS.TS Ngun NhËt Chiªu chđ trì
cùng một số cán bộ trong Khoa Công nghiệp - Trường Đại học Lâm nghiệp.
Một trong những sản phẩm của đề tài là Tay bốc thuỷ lực lắp trên máy kéo
Shibaura SD 2843 để bốc dỡ gỗ rừng trồng. Tuy đây mới là mẫu máy khảo
nghiệm nhưng nó đà được đánh giá là hướng đi rất phù hợp, cần được hoàn
thiện và nhân rộng để áp dụng vào thực tiễn của sản xuất. Việc nghiên cứu
giải pháp nâng cao khả năng ổn định chống lật của LHM với TTL khi bốc gỗ
do đề tài KC 07-26-05 tạo ra cũng sẽ góp phần hoàn thiện kết cấu của LHM,
nâng cao hiệu quả sử dụng máy. Vì những lý do trên tôi thực hiện đề tài:
Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao khả năng ổn định chống lật của
máy kéo Shibaura khi tay thuỷ lực bốc gỗ.
ý nghĩa khoa học của đề tài:
- Đề xuất giải pháp nâng cao khả năng ổn định chống lật của máy kéo
Shibaura SD 2843 theo hướng thay bộ phận nối cứng giữa đầu cần của TTL và
ngoạm gỗ bằng bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn đến khả
năng ổn định chống lật của LHM làm cơ sở cho việc thiết kế cải tiến, hoàn
thiện kết cấu của các bộ phận của LHM.
ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
- Làm cơ sở cho việc hoàn thiện thiết kế cải tiến, hoàn thiện kết cấu của TTL
theo hướng lắp thêm bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn giữa đầu cần TTL và
ngoạm gỗ .

c


3

Chương 1
Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

1.1. Tổng quan về công nghệ khai thác và thiết bị bốc dỡ gỗ ở Việt
Nam và trên thế giới
Trong việc khai thác rừng trồng hiện nay người ta thường áp dụng các
loại hình công nghệ chủ yếu sau [11].
- Loại hình công nghệ khai thác gỗ nguyên cây (Full- tree method): cây
gỗ sau khi hạ được giữ nguyên cả cành và tán rồi được kéo ra bÃi gỗ. Tại đây
chúng được cắt cành, cắt khúc theo quy cách sản phẩm sau đó được bốc lên
phương tiện vận chuyển đến nơi tiêu thụ.
- Loại hình công nghệ khai thác gỗ dài (Tree- leng method): cây gỗ sau
khi hạ được cắt cành, ngọn tại nơi chặt hạ rồi được kéo ra ven đường vận
chuyển hoặc bÃi gỗ. Tại đây chúng được cắt khúc theo quy cách sản phẩm rồi
bốc lên phương tiện vận chuyển đến nơi tiêu thụ.
- Loại hình công nghệ khai thác gỗ ngắn (Short wood method/ Cut-to-leng
method): 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 đưa đến bÃi gỗ hoặc ven đường rồi
bốc lên phương tiện vận chuyển về nhà máy hoặc một điểm sử dụng khác.
Việc áp dụng loại hình công nghệ này hay loại hình công nghệ kia cũng
như việc lựa chọn được một công nghệ thích hợp trong khai thác rừng phụ
thuộc vào hàng loạt các yếu tố như: việc cung cấp nhân lực và tiền công lao
động, cơ sở hạ tầng kỹ thuật, khả năng đầu tư, tính sẵn có của trang thiết bị,
máy móc và phụ tùng thay thÕ, ®iỊu kiƯn rõng, ®iỊu kiƯn kinh tÕ - x· hội và
vấn đề bảo vệ môi trường ở vùng khai thác.
ở Brazil [21], người ta áp dụng cả ba loại hình nêu trên trong việc khai
thác gỗ rừng trồng. Loại hình khai thác gỗ ngắn được áp dụng chủ yếu trong
khai thác rừng bạch đàn. Để tăng năng suất, giảm giá thành trong khâu chặt hạ

c


4

ng­êi ta tỉ chøc nhãm lµm viƯc hai ng­êi: mét người hạ cây và cắt khúc bằng
cưa xích, người kia dùng búa để chặt cành. Việc tập trung gỗ từ nơi chặt hạ về
các bÃi gỗ nhỏ ven đường hoặc kho gỗ được thực hiện bằng máy kéo bánh hơi
lâm nghiệp hoặc máy kéo bánh hơi nông nghiệp được trang bị thêm rơ moóc
chở gỗ, tay thuỷ lực và các kết cấu phụ trợ đảm bảo an toàn cho người và thiết
bị khi làm việc trong rừng. Đối với địa hình dốc, người ta sử dụng đường cáp
lưu động với nguồn động lực là máy kéo nông nghiệp để đưa gỗ từ nơi chặt hạ
về chỗ tập trung.
Hình thức khai thác gỗ dài và gỗ nguyên cây ở Brazil được áp dụng
trong khai thác rừng thông. ở hình thức khai thác gỗ dài, việc hạ cây, cắt cành
ngọn được thực hiện ở nơi chặt hạ bằng việc sử dụng cưa xích, sau đó các thân
cây được kéo tập trung về kho gỗ hoặc các bÃi gỗ nhỏ ven đường bằng máy
kéo nông nghiệp có trang bị thêm TTL hoặc bộ phận treo gỗ. Còn ở hình thức
khai thác gỗ nguyên cây, sau khi các cây được hạ bằng các máy hạ cây
chuyên dùng (Feller- Buncher) chúng được kéo về kho gỗ cùng với cả cành và
tán bằng máy kéo vận xuất chuyên dùng theo phương pháp nửa lết. Đến bÃi gỗ
bó cây này được tiếp tục kéo qua cổng chặt cành, tại đây nhờ các kết cấu cắt
vận hành một cách hợp lý, các cành nhánh được cắt ra khỏi thân cây. Sau đó
bó gỗ đà sạch cành nhánh tiếp tục được chuyển đến vị trí cắt khúc. Việc cắt
khúc ở bÃi gỗ được thực hiện bằng cưa xích.
Việc vận chuyển gỗ từ các bÃi gỗ đến nơi tiêu thụ ở Brazil được thực
hiện chủ yếu bằng các xe vận tải chuyên dùng theo nhiều dạng khác nhau: xe
tải không rơ moóc, xe tải và một sơ mi rơ moóc, xe tải kéo theo một hoặc hai
rơ moóc. Việc bốc dỡ trên các kho gỗ hầu như được cơ giới hoá bằng việc sử
dụng các cần trục thuỷ lực cố định chuyên dùng.
ở Phần Lan và các nước Bắc Âu [22], từ những năm 80 của thế kỷ XX
trở về trước, cả ba loại hình công nghệ trên cũng đều được áp dụng trong khai

c

5

thác gỗ rừng trồng. Hiện nay nhờ những tiến bộ trong ngành chế tạo máy lâm
nghiệp và đặc biệt là hệ thống đường vận chuyển dày đặc với chất lượng tốt đÃ
đến tận các khu rừng xa xôi nên hình thức khai thác gỗ ngắn được sử dụng là
chính. Việc hạ cây, cắt cành, cắt khúc được thực hiện tại nơi khai thác nhờ sử
dụng cưa xích, máy hạ cây chuyên dùng (Fller-Buncher) và máy khai thác liên
hợp (Harvester). Sau đó các khúc gỗ được chuyển đến các bÃi nhỏ ven đường
nhờ sử dụng các máy kéo vận xuất bánh hơi chuyên dùng (Forwarder) hoặc
máy kéo nông nghiệp được trang bị tay thuỷ lực và rơ moóc chở gỗ. Việc vận
chuyển gỗ từ rừng đến nơi tiêu thụ chủ yếu bằng đường bộ nhờ sử dụng các xe
vận tải cỡ lớn có thể kéo theo một hoặc hai rơ moóc. Việc bốc dỡ gỗ đà được
cơ giới hoá hoàn toàn nhờ các cần trục thuỷ lực đặt trên các bÃi gỗ hoặc đặt
ngay trên các xe vận tải.
ở một số nước đang phát triển như Ethiopia, Tanzania, Zimbabwe [11],
công nghệ khai thác rừng trồng phổ biến là công nghệ trung bình với đặc trưng
là dùng máy kéo nông nghiệp được lắp đặt thêm các trang bị chuyên dùng như
TTL, cơ cấu treo gỗ, tời cáp... để bốc dỡ và vận chuyển gỗ cự ly ngắn.
ở các tỉnh phía Bắc Việt Nam như Vĩnh Phúc, Phú Thọ, Tuyên Quang,
Hà Giang, Yên Bái...[11] là những vùng rừng chuyên canh nguyên liệu giấy
cho Nhà máy giấy BÃi Bằng. ở những vùng này người ta áp dụng loại hình
khai thác gỗ ngắn là chủ yếu. Việc đưa gỗ từ các bÃi gỗ nhỏ ven đường vận
xuất ra đường vận chuyển hoặc các bÃi gỗ ven sông với cự ly trung bình 1015 km người ta sử dụng máy kéo bánh hơi nông nghiệp Volvo được trang bị
thêm rơ moóc chở gỗ chuyên dùng có TTL để tự bốc dỡ gỗ. Việc vận chuyển
gỗ từ khu nguyên liệu về nhà máy chủ yếu bằng đường sông và đường bộ, ở
đường bộ phần lớn gỗ được Volvo bốc lên xe tải hạng nặng để vận chuyển
đường dài đến nhà máy, còn ở những cự ly vận chuyển ngắn (<15km), gỗ

c


6

cong keo và trữ lượng ít người ta thường bốc thủ công lên xe cải tiến hoặc
dùng Volvo tự bốc để vận chuyển thẳng về nhà máy.
Từ năm 1991 trở về trước, được sự tài trợ của Chính phủ Thụy Điển,
hàng loạt máy kéo Volvo được sử dụng trong bốc dỡ gỗ (Hình 1.1), chúng làm
việc rất tin cậy và cho năng suất cao. Tuy nhiên giá thành của thiết bị rất cao,
đòi hỏi vốn đầu tư lớn, điều này không phù hợp với quy mô và khả năng tài
chính của các doanh nghiệp trong nước. Mặt khác phụ tùng để thay thế rất
khan hiếm và đắt tiền nên gây khó khăn trong việc bảo dưỡng và sửa chữa
thiết bị. Chính vì vậy nên xu hướng nghiên cứu chế tạo TTL cỡ nhỏ để dần
thay thế loại máy Volvo là điều tất yếu và cần được quan tâm thoả đáng.

Hình 1.1: TTL bốc dỡ gỗ được trang bị trên máy kéo Volvo
(ảnh chụp tại Lâm trường Hàm Yên Tuyên Quang)

c


7

Việc bốc dỡ gỗ hiện nay vẫn chủ yếu được thực hiện theo 2 phương pháp
đó là phương pháp thủ công và phương pháp cơ giới. Phương pháp thủ công
thường được thực hiện như: Bốc khúc gỗ ngắn, bốc gỗ ngang có đà nghiêng
không dây, bốc ngang với đà nghiêng có tời, bốc hầm Phương pháp này
năng suất thấp, nặng nhọc, nguy hiểm, thường được áp dụng ở các nước có
nền công nghiệp chậm phát triển. Các nước có nền công nghiệp phát triển

thường áp dụng phương pháp cơ giới dùng bằng cần cẩu cơ khí hoặc dùng cần
cẩu thuỷ lực (Hình 1.2.a,b).

a)

b)

Hình 1.2a,b: Phương pháp bốc dỡ gỗ cơ giới - dùng cần cẩu thuỷ lực

Nhìn chung, việc sử dụng TTL trong bốc dỡ gỗ được áp dụng phổ biến ở
các nước có nền công nghiệp tiên tiến trên thÕ giíi, ë n­íc ta mỈc dï so víi
rõng tù nhiên, rừng trồng có nhiều điểm thuận lợi hơn để cơ giới hoá các khâu
sản xuất nhưng trên thực tế hiện nay việc khai thác, bốc dỡ gỗ rừng trồng chủ
yếu vẫn bằng thủ công nặng nhọc, năng suất lao động thấp.
1.2. Tình hình nghiên cứu về TTL và ổn định của các máy nâng chuyển
TTL được ứng dụng rất rộng rÃi trong nhiều lĩnh vực sản suất để bốc dỡ
hàng hoá. Như đà đề cập ở trên, trong lâm nghiệp TTL được sử dụng rất phổ
biến ở các nước có nền công nghiệp phát triển và có quy mô sản xuất lớn, còn

c


8

ở những nước đang hoặc chưa phát triển thì việc áp dụng loại thiết bị này còn
rất hạn chế. Vì những lý do trên nên phần lớn những nghiên cứu về TTL cũng
đều tập trung vào các nước có nền công nghiệp tiên tiến. Tiêu biểu trong lĩnh
vực này là những nhà khoa học người Nga (Liên Xô cũ), có thể kể ra một số
công trình tiêu biểu như sau:
Tác giả Alecxangdrov V.A (người Nga) đà đánh giá về sự chịu tải của

máy móc lâm nghiệp ở các quá trình quá độ [34], theo đó tác giả đà nhận định
rằng tải trọng ĐLH ảnh hưởng đáng kể đến máy móc thiết bị ở các giai đoạn
quá độ như lúc mở máy, phanh hÃm, lấy đà , bằng thực nghiệm trên một số
máy khai thác có TTL tác giả thấy rằng khi khối lượng gỗ càng tăng thì hệ số
tải trọng ĐLH càng giảm, ngược lại khi vận tốc nâng càng tăng thì hệ số tải
trọng ĐLH càng tăng (Hình1.3).

Hình 1.3: Kết quả nghiên cứu thực nghiệm của Alecxangdrov V.A
về sự ảnh hưởng của khối lượng nâng tới hệ số tải träng §LH
(1- v0=0.18 m/s; 2- v0=0.12 m/s; 3- v0= 0.05 m/s)

Cũng tác giả Alecxangdrov V.A ở tài liệu [35] đà nghiên cứu về dao
động góc của đầu máy dưới tác động của gió khi bốc dỡ gỗ bằng TTL (Hình
1.4), theo đó tác giả đà đưa ra được phương trình vi phân dao động góc của
đầu máy (1) như sau:

c


9

Trong đó:
I1, I2 -là mô men quán tính của đầu máy và cây gỗ đối với trục quay;
c'n - là ®é cøng quy ®ỉi cđa lèp;
cд- lµ ®é cøng quy đổi của cây gỗ;
G- Trọng lượng của cây gỗ;
M(B)(t)- mô men do tác dụng gió (ngoại lực);
Tác giả đà phân tích và rút ra được sự ảnh hưởng của các yếu tố như:
tầm vươn của TTL (l1), khoảng cách giữa 2 cầu (l2), chiều cao trọng tâm cây
gỗ (hT), lực của gió tới chuyển dịch góc 1.

P

Hình 1.4: Sơ đồ xác định dao động góc của đầu máy
dưới tác động của gió khi bốc dỡ gỗ bằng TTL

c


10

Sự mấp mô của mặt đường ảnh hưởng đến tải trọng của các phương tiện
đi trên nó, nhất là các máy khai thác, chúng làm việc trên những địa hình có
độ mấp mô lớn thì vấn đề này rất được quan tâm. Tác giả Alecxangdrov V.A
đà có công trình nghiên cứu về tải trọng của máy khai thác có trang bị TTL
khi đi trên đường có độ mấp mô, sơ đồ tính toán được tác giả đưa ra như hình
1.5, trong trường hợp đơn giản nhất là các máy khai thác chưa mang tải thì sơ
đồ tính toán được thể hiện như hình 1.5.a và PTVP có dạng như sau:





 c M Z  c  c M Z  c Z p  0;
m0Z
0
12
2
0
12

0
0 0
  c M Z  Z   0.
m2Z
2
12
2
0

Trong tr­êng hỵp TTL mang tải thì sơ đồ tính toán được thể hiện ở hình
1.5.b, PTVP có dạng như sau:


Z



c M Z  c  c M Z  c Z p ;
m0Z
0
12
2
0
12
0
0 0



  c M  c

m2Z
2
12


2

M
 c12
Z 0  c  Z 3 ;

  Z  Z c 0.
m3Z
3
3
2


c0- độ cứng quy đổi của đầu máy
M
- độ cøng quy ®ỉi cđa TTL
c12

c  - ®é cøng quy đổi giữa ngoạm và gỗ

Z0, Z2, Z3- các chuyển dịch của các khối lượng m0, m2 và m3

Hình 1.5: Sơ đồ xác định tải trọng của máy khai thác có trang bị TTL
khi đi trên địa hình gồ ghề

c


11

Trong quá trình nghiên cứu về dao động của máy kéo với TTL, tác giả
Alecxangdrov V.A cũng đà kết luận: Bộ phận đàn hồi của cơ cấu ngoạm gỗ đÃ
được nghiên cứu trong một số tài liệu đà khẳng định rằng việc sử dụng bộ
phận nối đàn hồi này thực tế đà làm giảm được tải trọng động bổ sung lên tay
bốc thuỷ lực và khung của máy kéo, cũng vì thế làm giảm được dao động đối
với người lái - Tính an toàn cao hơn. Tuy nhiên, tác giả mới đưa ra mô hình bố
trí bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn mà chưa tính toán cụ thể đến các hệ số
độ cứng và hệ số cản giảm chấn của bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn.
Năm 1973 tại học viện kỹ thuật lâm nghiệp Lêningrad, nhà khoa học
người Nga Liamin I.V đà có công trình nghiên cứu về quá trình gom gỗ khi
chặt chọn bằng TTL [29], sau đó 2 năm tác giả đà công bố tiếp công trình
Phân tích lực của TTL máy kéo có kết cấu đặc biệt [30]. Với 2 công trình
này tác giả đà chọn ra được TTL kiểu mới cho việc gom gỗ trong khai thác
chọn và cách phân tích lực cho TTL.
Năm 1977 Giáo sư Barinốp K.N đà phân tích được quy luật chuyển động
các bộ phận của máy lâm nghiệp với TTL khi làm việc [26]. Từ đó đưa ra cơ sở
lý thuyết cho việc bố trí các chi tiết và thiết bị công tác trên máy kéo lâm nghiệp.
Năm 1978 hai tác giả Venlicốc G.M và Kusliaev V.F đà tiến hành
nghiên cứu và đưa ra cơ sở để áp dụng máy khai thác gỗ kiểu TTL ở trên các
khu khai thác [27].
Năm 1981 phó giáo sư Artamônốp Iu.G đà nghiên cứu thiết kế và tính
toán TTL lắp trên máy kéo lâm nghiệp để bốc dỡ gỗ [25]. Cũng vào năm này
tác giả Kusliaev V.F đà có nghiên cứu về tổng quan các loại máy khai thác gỗ
kiểu TTL [28].
Tầm vươn của TTL ảnh hưởng lớn đến năng suất của máy khai thác, cụ

thể về vấn đề này được tác giả Mensikop rất quan tâm và đà có kết quả nghiên
cứu vào năm 1982 tại Học viện Kỹ thuật Lâm nghiệp Lêningrad [30].

c


12

Bằng phương pháp lý thuyết và thực nghiệm, năm 1982 tác giả
Antômônốp đà xác định được những thông số cơ bản của hệ thống máy kéo
bánh hơi với TTL [31].
Vấn đề ổn định của máy là yếu tố rất quan trọng, nó quyết định tới khả
năng làm việc của máy và sự an toàn trong lao động. Với những máy có trang
bị TTL thì vấn đề ổn định được nhiều nhà khoa học quan tâm, trong đó có tác
giả người Nga Ciunhep V.C với đề tài: Phương pháp đánh giá ổn định của
máy kéo bánh hơi khung gập với TTL [32].
Tại học viện kỹ thuật lâm nghiệp Lêningrad năm 1983, luận án tiến sĩ
của Nguyễn Nhật Chiêu đà nghiên cứu tải trọng của máy kéo bánh hơi khung
gập với TTL khi gom và vận xuất gỗ trên sườn dốc [21].
Năm 2006, đề tài nhánh cấp nhà nước, mà số: KC 07-26-05 Nghiên cứu
lựa chọn công nghệ và hệ thống thiết bị để cơ giới hoá khai thác gỗ rừng trồng
trên độ dốc 10 - 200, do PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu chủ trì cùng một số cán
bộ trong Khoa Công nghiệp - Trường Đại học Lâm nghiệp đà được thực hiện.
Một trong những sản phẩm của đề tài là Tay bốc thuỷ lực lắp trên máy kéo
Shibaura SD 2843 để bốc dỡ gỗ rừng trồng. Mẫu máy này đà được khảo
nghiệm và đánh giá là hướng đi rất phù hợp. Tuy nhiên phạm vi của đề tài mới
chỉ dừng lại ở việc lựa chọn, thiết kế, chế tạo các cơ cấu để phục vụ việc bốc
dỡ gỗ rừng trồng. Công tác nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm để kiểm
chứng lại lý thuyết đà tính toán cần phải được thực hiện, nhất là nghiên cứu
khả năng ổn định ĐLH của LHM.

Năm 2006, Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Đỗ Ngọc Đức đà nghiên cứu,
thiết kế bộ phận tăng ổn định chống lật cho máy kéo Shibaura khi lắp TTL
bốc dỡ gỗ. Tác giả đà đưa ra được kết luận: Khi máy kéo chưa lắp thêm hệ
thống chân chống và đối trọng để đảm bảo ổn định chống lật thì TTL chỉ có
thể bốc được tải trọng tối đa là 1851 N ở tầm vươn tối đa là 3,8 m. Khi đà lắp

c


13

thêm hệ thống chân chống và đối trọng để nâng cao ổn định chống lật thì tay
thuỷ lực bốc được tải trọng tối đa là 4766,5 N ở tầm vươn tối đa là 3,8 m.
Đồng thời qua tính toán cũng đà xác định được trọng lượng đối trọng cần lắp
thêm là 11000N.
Năm 2007, Luận văn Thạc sỹ của Trần Lý Tưởng đà nghiên cứu tải trọng
động lực học tác dụng lên TTL lắp trên máy kéo bánh hơi khi bốc dỡ gỗ trong
trường hợp giữa ngoạm gỗ và đầu cần TTL được nối cứng. Bằng phần mềm
Matlab_Simulink tác giả đà xác định được các thông số như: tải trọng động
lực học, sự biến dạng của TTL, các lực tác dụng lên các cơ cấu, bộ phận chi
tiết của TTL ở 3 giai đoạn làm việc của TTL. Mặt khác tác giả đà rút ra được
kết luận: Hệ số tải trọng ĐLH tỷ lệ nghịch với khối lượng nâng, độ cứng quy
đổi của đầu máy và độ cứng quy đổi giữa gỗ và ngoạm tỷ lệ thuận với độ cứng
quy đổi của TTL và vận tốc nâng [19].
Năm 2008, Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Ngô Việt Phong Trường Đại học
Bách khoa Hà Nội đà tính toán thiết kế cánh tay thuỷ lực bốc xếp gỗ. Tác giả đÃ
đề xuất được phương án thiết kế xe chuyên dụng bốc dỡ gỗ lấy cơ sở nguồn động
lực là máy kéo Shibaura trong nông nghiệp để bốc dỡ gỗ rừng trồng.
Qua tính toán lý thuyết và thực tế sử dụng đà kết ln r»ng tíi 80% c¸c
sù sè h­ háng cđa c¸c máy nâng chuyển về cơ bản liên quan đến các tải trọng

động [15]. Đặc biệt tải trọng ĐLH này làm ảnh hưởng đến tính ổn định của
máy kéo, làm cho máy kéo có thể bị lật trong trường hợp bốc gỗ với tải trọng
lớn nhất cho phép.
LHM thường mất ổn định ở giai đoạn làm việc quá độ như: khi chúng ta
mở van điều khiển để cho dòng thuỷ lực đi tới các xi lanh nâng hạ hoặc co
duỗi cần, khi TTL quay tới các vị trí dốc dỡ gỗ và dừng lại, khi TTL hạ tải
Các giai đoạn này do dòng thuỷ lực bị mở hoặc ngắt đột ngột sẽ làm cho các
cơ cấu chấp hành hoạt động hoặc dừng hoạt động vì vậy sinh ra lực quán tính
làm cho LHM mất ổn định.

c


14

Để nâng cao khả năng ổn định ĐLH chống lật của máy kéo Shibaura và
TTL do đề tài nhánh cấp nhà nước, mà số: KC 07-26-05 chế tạo phục vụ cho
công tác bốc dỡ gỗ rừng trồng thì có nhiều phương án. Thông thường người ta
thiết kế thêm bộ phận chân chống, lắp thêm đối trọng, tuy nhiên cũng còn có
giải pháp khác như lắp thêm bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn vào vị trí giữa
ngoạm gỗ và đầu cần TTL để làm giảm tải trọng ĐLH xuất hiện khi nhấc tải
nhằm nâng cao khả năng ổn định chống lật của LHM. Vấn đề này đến nay vẫn
chưa được ai nghiên cứu. Vì những lý do trên tôi tiến hành đề tài: Nghiên
cứu một số giải pháp nâng cao khả năng ổn định chống lật của máy kéo
Shibaura khi tay thủy lực bốc gỗ .

c


15

Chương 2
Mục tiêu, đối tượng, phạm vi, nội dung
và phương pháp nghiên cứu

2.1. Mục tiêu
Nghiên cứu ảnh hưởng của bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn lắp giữa đầu
cần TTL và ngoạm gỗ đến khả năng ổn định chống lật của LHM, làm cơ sở
cho việc đề xuất thiết kế, cải tiến các bộ phận của TTL nhằm nâng cao khả
năng ổn định chống lật của LHM .
2.2. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là LHM gồm máy kéo bánh hơi
Shibaura SD 2843 với TTL dùng trong bốc dỡ gỗ rừng trồng. TTL là sản phẩm
của đề tài cấp nhà nước, mà số: KC-07-26-05 Nghiên cứu lựa chọn công
nghệ và hệ thống thiết bị để cơ giới hoá khai thác gỗ rừng trồng trên độ dốc 10
- 200, do PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu chủ trì cùng một số cán bộ ở Khoa
Công nghiệp phát triển nông thôn - Trường Đại học Lâm nghiệp (Hình 2.1).

6
9
8

3

4

7

5
2

1

1
0

Hình 2.1: TTL lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843
1. Đầu máy Shibaura, 2. Trụ, 3. Bộ phận điều khiển thuỷ lực, 4. Cánh tay, 5. Xylanh
nâng hạ, 6. Xy lanh co duỗi cẳng tay, 7. Cẳng tay, 8. Ngoạm, 9. Xylanh ngoạm,
10. Bộ phận tăng khả năng ổn định (chân chèng).

c


16

2.2.1. Máy kéo Shibaura SD 2843
Các thông số kỹ thuật chính của máy kéo Shibaura SD 2843:
a) Máy kéo:
- Loại máy: máy kéo bánh, 2 cầu chủ động, mà hiệu: Shibaura - SD 2843
b) Động cơ:
- Loại động cơ: điezel 4 kỳ, 3 xi lanh
- Công suất động cơ cực đại (ở 2600 vòng/phút), mà lực:
28
- Mô men quay cực đại (ở 1480 vòng/phút), Nm:
100,2
- Số vòng quay định mức của động cơ, (vòng/phút):
2500
- Số vòng quay của trục thu công suất (vòng/phút):
- Số 1:

400 - 600
- Số 2:
600 - 1000
- Sè 3:
1000 - 1350
c) CÇu tr­íc:
- KÝch th­íc lèp trước (DxB), mm:
640 x 180
- Khoảng cách vết bánh trước, mm:
1070
- Khoảng sáng cầu trước, mm:
280
- Độ chụm các bánh tr­íc, mm:
20
d) CÇu sau:
- KÝch th­íc lèp sau (DxB), mm:
1020 x 260
- Khoảng cách vết bánh sau, mm:
1000
- Khoảng sáng cầu sau, mm:
340
e) Trọng lượng máy kéo, N:
12000
- Trên cầu trước, N:
5200
- Trên cầu sau, N:
6800
g) Toạ độ trọng tâm:
- Theo chiều dọc (đến cầu sau), mm:
960

- Theo chiều ngang (đến bánh sau trái), mm:
620
- Toạ độ trọng tâm theo chiều cao (so với mặt đất), mm:
580
h) Kích thước chung:
- Kích thước bao ngoài, mm:
3460x1250x1800
- Khoảng cách giữa trục bánh tr­íc vµ sau, mm:
1500

c


17

2.2.2. Tay thuỷ lực (Hình 2.2):
Đặc tính kỹ thuật của TTL:
TTL được thiết kế để tự bốc dỡ gỗ hoặc bốc dỡ gỗ cho phương tiện khác,
tải trọng một chuyến tối đa là 3000N, tầm vươn là 3,8m, trọng lượng của TTL
là 2900N, TTL có 2 xylanh nâng hạ, 1 xylanh co duỗi và 1 xylanh ngoạm
được điều khiển bằng thuỷ lực, trụ được trang bị bộ phận xoay bằng động cơ
thuỷ lực qua bộ truyền xích và hộp giảm tốc, đầu máy được trang bị thêm hai
chân chống để tăng khả năng ổn định cho liên hợp máy, bộ phận điều khiển
thuỷ lực được đặt tại đầu trụ. Trong thiết kế hệ số tải trọng ĐLH được chọn là
Kdl = 2,5, hệ số an toàn n = 2.

Hình 2.2 : TTL ở vị trí có tầm vươn xa nhất
1. Càng ngoạm; 2. Xi lanh đóng mở ngoạm; 3. Đầu cần TTL; 4. ống nối ngoạm với
cẳng tay; 5. Cẳng tay; 6. Xi lanh co duỗi cẳng tay; 7. Cẳng tay;
8. Xi lanh nâng hạ cánh tay; 9. Trụ đỡ cần; 10. Đối trọng

Hoạt động của tay thuỷ lực:
TTL được trang bị cơ cấu quay để nó có thể quay sang hai phía một góc
600 kể từ mặt phẳng đối xứng dọc khi bốc dỡ gỗ và có thể quay 1800 vỊ phÝa
tr­íc m¸y kÐo khi ë thÕ vËn chun. Cơ cấu quay gồm động cơ thuỷ lực các bộ
truyền xích và hộp giảm tốc trục vít - bánh vít. Trụ quay của TTL quay được

c


18

nhờ dẫn động từ động cơ thuỷ lực qua bộ truyền xích đơn, qua hộp giảm tốc
trục vít - bánh vít, qua bộ truyền xích đôi. Càng ngoạm 1 có thể đóng mở nhờ xi
lanh 2, cẳng tay 5 có thể co duỗi nhờ xi lanh 8, cánh tay 7 được nâng lên hoặc
hạ xuống nhờ xi lanh 8. Các xi lanh này được điều khiển thông qua hệ thống
điều khiển thuỷ lực. Khớp cầu 3 cho phép ngoạm có thể quay quanh trục dọc
của nó một góc nào đó để lựa theo vị trí của cây gỗ trong quá trình làm việc.
2.2.3. Đề xuất phương án lắp bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn giữa
đầu cần TTL và ngoạm gỗ
Năm 2006, Đề tài của sinh viên Đỗ Ngọc Đức đà nghiên cứu, thiết kế bộ
phận tăng ổn định chống lật cho máy kéo Shibaura SD2843 khi lắp TTL bốc
dỡ gỗ. Phương án tăng khả năng chống lật cho máy kéo đó là lắp thêm hệ
thống chân chống và đối trọng. Để tiếp tục nâng cao khả năng ổn định chống
lật dọc của LHM tôi đề xuất phương án lắp thêm bộ phận nối đàn hồi có giảm
chấn giữa ngoạm gỗ và đầu cần TTL (Hình 2.3).

Hình 2.3: Sơ đồ mô tả vị trí lắp bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn
1. Càng ngoạm; 2. Xi lanh đóng mở ngoạm; 3. Đầu cần TTL; 4. Bộ phận nối đàn hồi
có giảm chấn; 5. Cẳng tay; 6. Xi lanh co duỗi cẳng tay; 7. Cẳng tay;

8. Xi lanh nâng hạ cánh tay; 9. Trụ đỡ cần; 10. Đầu máy kÐo

c


19

Mẫu được chọn để khảo sát trong luận văn này là bộ phận nối đàn hồi có
giảm chấn sẽ được lắp giữa đầu cần TTL và ngoạm gỗ lắp trên máy kéo
Shibaura SD 2843 (Hình 2.4).

Hình 2.4: Sơ đồ bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn
c. độ cứng lò xo; k. hệ số cản giảm chấn; F. lực tác dụng
Cấu tạo chính của bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn gồm phần tử đàn
hồi là lò xo trụ và giảm chấn thuỷ lực. Nhờ sự biến dạng đàn hồi, không
những bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn có khả năng đền bù các sai số trong
chế tạo, lắp đặt của hai đầu trục mà còn có khả năng giảm va đập, chấn động,
cộng hưởng do dao động gây nên.
Bộ phận đàn hồi có giảm chấn được kết cấu bởi các phần tử như sau:
* Bộ phận đàn hồi:
Bộ phận đàn hồi có thể gồm một hay một số phần tử đàn hồi và chia ra
loại phần tử đàn hồi bằng kim loại và loại phần tử đàn hồi phi kim loại. Bộ
phận đàn hồi được lựa chọn để khảo sát trong luận văn này là loại phần tử kim
loại dạng lò xo trụ có tác dụng đàn hồi khi chịu lực nâng của TTL nhấc gỗ,

c


20

làm trễ pha dao động giữa máy kéo, TTL và bó gỗ . Lò xo trụ được chế tạo từ
thanh thép có tiết diện tròn (Hình 2.5).

Flx

C = tg



Z

0
Hình 2.5: Lò xo trụ

Hình 2.6: Đặc tính và độ cứng của lò xo tròn

Lò xo đại diện cho mối liên kết đàn hồi, khi lò xo bị nén lại hoặc kéo
dÃn ra sẽ phát sinh lực hồi vị (muốn đưa vật về vị trí cũ). Trị số của lực này là
hàm số của độ nhún (chuyển vị).
Flx = f(z)

(N)

(2.1)

Đường biểu diễn quan hệ giữa lực hồi vị và độ nhún gọi là đặc tính của
lò xo (Hình 2.6 ).
Đạo hàm đường đặc tính tại một điểm gọi là độ cứng của lò xo tại điểm đó:
C

dFlx
dz

(N/m)

(2.2)

Trong bài toán cụ thể này độ cứng lò xo của bộ phận nối đàn hồi có
giảm chấn là độ cứng chống kéo nén (lò xo bị kéo dÃn khi TTL nâng gỗ). Bộ
phận nối đàn hồi có giảm chấn chưa được thiết kế chế tạo nên độ cứng này sẽ
được chọn.

c


21

* Bộ phận giảm chấn
Giảm chấn dùng để dập tắt các dao động của ngoạm gỗ, bó gỗ và TTL
khi bắt đầu nhấc tải bằng cách chuyển cơ năng của các dao động thành nhiệt
năng. Giảm chấn được lựa chọn trong bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn này
là loại giảm chấn thuỷ lực dạng ống. Đây là loại bộ phận giảm chấn được
dùng phổ biến trong các hệ thống treo của ô tô (Hình 2.7).

F
c

k1 = tg = const
const

v

0
Hình 2.7: Bộ phận giảm chấn

Hình 2.8: Đặc tính và hệ số cản thuỷ
lực dạng ống của giảm chấn thuỷ lực

Đồ thị biểu diễn quan hệ của lực cản với tốc độ gọi là đặc tính của giảm chấn:
dz 
Fc  f    f  v 
 dt

(N)

(2.3)

Đạo hàm của đường đặc tính này tại một điểm gọi là hệ số cản của giảm chấn:
k

dFc
dv

(Ns/m)

(2.4)

Giảm chấn thủ lùc th­êng cã lùc c¶n tû lƯ bËc nhÊt với tốc độ nên đặc
tính của chúng là tuyến tính (Hình 2.8).
Fc k1

dz
dt

(N)

Hệ số cản của loại giảm chấn nµy lµ h»ng sè:

c

(2.5)


22

k1 = tg = const

(Ns/m)

(2.6)

Phần tử giảm chấn chúng ta nghiên cứu trong luận văn này với hệ số cản
giảm chấn sẽ được chọn trước để nghiên cứu ảnh hưởng của nó khi TTL nhấc
tải. Bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn được lắp giữa đầu cần TTL và ngoạm
gỗ do tôi đề xuất được mô tả ở hình 2.9.

Hình 2.9: Bộ phận nối đàn hồi
có giảm chấn
1. Vị trí lắp vào đầu cần TTL
2. Vị trí lắp vào ngoạm gỗ

3. Lò xo trụ
4. Giảm chấn thuỷ lực

c