Đề xuất kỹ thuật xử lý lâm sinh cho rừng tự nhiên phục hồi sau khoanh nuôi tại tỉnh quảng ninh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
----------------------------------------

NGUYỄN VĂN TƯƠNG

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA LIÊN HỢP MÁY
KÉO SHIBAURA SD 2843 VỚI THIẾT BỊ TỜI CÁP, CẦN
TREO KHI VẬN XUẤT GỖ RỪNG TRỒNG

Chuyên ngành: Máy và thiết bị cơ giới hóa nông -lâm nghiệp
Mã số: 60 52 14

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội, năm 2010


Luận văn được hoàn thành tại:
KHOA SAU ĐẠI HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

Người hướng dẫn khoa học: TS. LÊ VĂN THÁI

Phản biện 1: TS. Lê Sỹ Hùng
Phản biện 2: TS. Nguyễn Văn Quân

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật ,
họp tại trường Đại học Lâm nghiệp

Vào hồi 10 h 30 , ngày 4 tháng 12 năm 2010

Có thể tìm luận văn tại Thư viện trường Đại học Lâm nghiệp

Hà Nội, năm 2010


1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Nước ta vốn là một đất nước có tài nguyên rừng phong phú, đa dạng với
nhiều loại cây, gỗ và lâm sản có giá trị cao. Từ lâu rừng đã gắn liền với cuộc
sống của hàng chục triệu người dân, đã và đang đóng vai trò quan trọng trong
sự nghiệp xây dựng và bảo vệ Tổ Quốc. Bước vào thời kỳ Công nghiệp hoá Hiện đại hoá đất nước, vai trò của rừng đối với việc bảo vệ môi trường, cung
cấp lâm sản cho nền kinh tế quốc dân, đáp ứng các yêu cầu văn hoá thẩm mỹ
của con người sẽ ngày càng tăng lên.
Do nhiều nguyên nhân khác nhau về thời tiết khí hậu, đất đai bị ô nhiễm,
do sức ép về nhu cầu của con người đã tác động xấu đến rừng, làm cho rừng
nước ta ngày càng suy giảm. Nhận thức đúng đắn những hậu quả to lớn, nhiều
mặt do sự tàn phá rừng gây ra, cũng như tầm quan trọng của rừng đối với các
lĩnh vực: Kinh tế, xã hội, môi trường sinh thái, an ninh quốc phòng. Đảng và
nhà nước ta đã rất quan tâm, khuyến khích hỗ trợ nhiều dự án trồng rừng
nhằm mục đích khôi phục và phát triển rừng. Đặc biệt tại kỳ họp thứ 2 quốc
hội khoá x đã đưa ra nghị quyết về dự án trồng mới 5 triệu ha rừng . Dự án
trồng mới 5 triệu ha rừng được mở ra với qui mô rộng lớn nhằm gây trồng 3
loại rừng chính là rừng đặc dụng, rừng phòng hộ và rừng sản xuất. Thúc đẩy
phát triển rừng là xu thế tất yếu của xã hội để góp phần duy trì sự sống trên
trái đất và để đáp ứng nhu cầu về lâm sản cho xã hội ngày càng cao. Vai trò
của rừng trồng ngày càng chiếm vị trí quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu
về gỗ cho nền kinh tế quốc dân.

Hiện nay, gỗ và củi chủ yếu được lấy ra từ rừng trồng. Rừng trồng ở nhiều
nơi đang được khai thác với số lượng lớn để làm nguyên liệu giấy, làm gỗ trụ
mỏ, làm nguyên liệu cho công nghiệp chế biến gỗ và các nghành kinh tế khác.
Đặc điểm của rừng trồng là phân tán, trữ lượng ít, đường xá nhỏ hẹp, địa hình
dốc lớn và không đồng đều, khai thác không đại trà (chặt đan xen từng vùng
để đảm bảo môi trường bền vững), điều kiện áp dụng cơ giới hoá cho khâu
khai thác có những khó khăn nhất định. Vì vậy, việc nghiên cứu, lựa chọn sử


2

dụng các loai máy móc, thiết bị phù hợp để vận xuất gỗ rừng trồng là vấn đề
cần thiết.
Trong những năm gần đây ở nước ta, các máy kéo cỡ nhỏ được sử dụng
phổ biến trong sản xuất nông lâm nghiệp, đó là các loại máy kéo shibaura SD 2843, MTZ - 80, DFH - 18, máy kéo bông sen - 12…Trên cơ sở tận dụng
nguồn động lực sẵn có trong sản xuất nông lâm nghiệp như hiện nay, đã có
nhiều đề tài nghiên cứu thiết kế thiết bị chuyên dùng, dùng nguồn động lực để
vận chuyển, vận xuất gỗ rừng trồng. Là khâu công việc rất nặng nhọc và nguy
hiểm trong dây chuyền công nghệ khai thác gỗ. Một trong số các đề tài đã
nghiên cứu và thử nghiệm thành công thiết bị lâm nghiệp chuyên dùng đó là
liên hợp máy kéo shibaura - SD 2843 với thiết bị tời, cáp - cần treo gỗ khi vận
xuất gỗ rừng trồng.
Để có cơ sở hoàn thiện thêm về mặt kết cấu và chọn chế độ làm việc hợp lý
cần phải nghiên cứu thêm về khả năng làm việc của liên hợp máy kéo trên
đường vận xuất gỗ.
Với những lý do trên tôi tiến hành đề tài “Nghiên cứu khả năng làm
việc của liên hợp máy kéo Shibaura SD 2843 với thiết bị tời, cáp – cần treo
gỗ khi vận xuất gỗ rừng trồng”.
* Ý nghĩa khoa học của đề tài
Nghiên cứu một số thông số động lực học của liên hợp máy kéo

Shibaura SD 2843 với thiết bị tời, cáp – cần treo gỗ khi vận xuất gỗ rừng
trồng góp phần xây dựng cơ sở khoa học cho việc tính toán thiết kế cải tiến
hoàn thiện mẫu máy và lựa chọn chế độ sử dụng hợp lý liên hợp máy khi làm
việc.
* Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Kết quả nghiên cứu là cơ sở cho việc hoàn thiện thêm về mặt kết cấu
mẫu LHM (gồm máy kéo Shibaura và thiết bị tời cáp), đồng thời phục vụ cho
việc chọn chế độ sử dụng hợp lý LHM khi vận xuất gỗ .


3

Chương 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Tình hình tài nguyên rừng và đặc điểm rừng trồng nước ta
Rừng là bộ phận rất quan trọng đối với môi trường sinh thái của nước ta và
nhiều nước trong khu vực. Rừng cung cấp một lượng gỗ, củi và các lâm sản
khác với khối lượng lớn cho xã hội, đời sống và sản xuất của con người. Do
nhiều nguyên nhân, rừng tự nhiên nước ta ngày càng bị thu hẹp, tài nguyên
ngày càng cạn kiệt cả về số lượng và chất lượng. Để khôi phục và phát triển,
sử dụng rừng có hiệu quả, Đảng và chính phủ đã có nhiều chính sách, chủ
trương cấp bách nhằm khôi phục, phát triển rừng bền vững, tạo môi trường
sinh thái tốt cho con người . Nhà nước đã triển khai chương trình trồng 5 triệu
ha rừng, chương trình này được bắt đầu triển khai từ năm1998 và kết thúc vào
năm 2010. Chính sách giao đất, giao rừng tới hộ gia đình, trang trại…nhằm
khai thác triệt để và hiệu quả tiềm năng to lớn về đất rừng, nhân lực, vốn,
đồng thời phát huy cao độ 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, thực hiện đóng cửa rừng tự nhiên .

Rừng được trồng trên mọi địa bàn từ đồng bằng, trung du và miền núi với
nhiều chương trình, dự án, đã đem lại hiệu quả kinh tế thiết thực và môi
trường. Rừng trồng với nhiều mục đích khác nhau như rừng đặc dụng, rừng
sản xuất kinh doanh, rừng phòng hộ…Rừng được trồng trên các sườn đồi có
độ dốc từ100 đến 200 , rừng trồng phân tán trên các địa hình và diện tích khác
nhau. Ngoài các lâm trường quốc doanh trồng rừng với qui mô lớn còn có các
hợp tác xã, các hộ gia đình có rừng trồng phân tán trên những địa hình và diện
tích khác nhau. Tập trung trên diện tích lớn nhất của rừng trồng phía bắc là
rừng nguyên liệu giấy thuộc các tỉnh Hà Giang, Tuyên Quang, Vĩnh Phúc,
Phú THọ, Yên Bái. Trong 17 lâm trường và trạm lâm nghiệp của công ty


4

nguyên liệu giấy đã có tổng diện tích 235.797 ha, trung bình hàng năm đã
cung cấp 200.000 m 3 gỗ nguyên liệu cho nhà máy giấy Bãi Bằng. Các loại
cây chủ yếu của rừng trồng nước ta hiện nay là: Bồ đề (40%), Mỡ (19%),
Thông (9%), Bạch đàn (7%) và một số loại cây khác như Trám, keo…Tuổi
khai thác từ 7 đến 10 năm cho đường kính từ 10 đến 20 cm, chiều cao bình
quân 15 đến 20 m, với mật độ trung bình khi thu hoạch là 360 cây/ha, thể tích
trung bình cây gỗ khoảng 0,2m 3 và sản lượng khai thác bình quân từ 70 đến
80m 3 /ha .
Rừng trồng ở miền Bắc nước ta có đặc điểm: Thuần loài, diện tích phân
tán, cách đường vận chuyển không xa, độ dốc sườn đồi không lớn, ít dây leo
bụi rậm. Chính từ những đặc điểm của rừng trồng trên đây để chúng ta lựa
chọn công nghệ, thiết bị khai thác vận xuất gỗ phù hợp cho việc cơ giới hoá
các khâu sản xuất kinh doanh rừng đạt hiệu quả kinh tế, xã hội.
1.2. Công nghệ và thiết bị khai thác gỗ rừng trồng
- Trên thế giới, có ba loại hình công nghệ khai thác, chủ yếu là:[17]
+ Công nghệ khai thác gỗ dài: Cây gỗ sau khi trặt hạ, cắt cành, ngọn được

vận xuất ra bãi I hoặc bãi II. Sau đó cây gỗ được cắt khúc, phân loại sản phẩm
và bốc lên phương tiện vận chuyển.
+ Công nghệ khai thác gỗ ngắn: Tai nơi chặt hạ cây gỗ được cắt cành,
ngọn, cắt khúc theo quy cách sản phẩm, sau đó các khúc gỗ được vận xuất ra
bãi gỗ và dưa lên phương tiện vận chuyển.
+ Công nghệ khai thác gỗ nguyên cây: Sau khi trặt hạ, cây gỗ được giữ
nguyên cành, ngọn và kéo ra bãi gỗ. Tại đây, người ta cắt cành, ngọn, cắt
khúc và phân loại sản phẩm. Cành, ngọn được chế biến tận dụng.
Ỏ Việt Nam do trình độ cơ giới hoá và quy mô sản xuất, nên thường áp
dụng loại hình công nghệ khai thác, vận xuất gỗ ngắn. Hình thức này đặc biệt
phù hợp với sản xuất của các trang trại, hộ gia đình.
- Qui trình công nghệ khai thác, vận xuất gỗ ngắn gồm các khâu sau:


5

+Khâu cắt hạ: Sử dụng dao tạ, cưa xăng, gỗ cắt khúc 1,5 đến 4m.
+Khâu vận xuất: có hai giai đoạn
Giai đoạn 1: Thu gom gỗ từ nơi chặt hạ về kho gỗ I nằm ở chân đồi
hoặc đỉnh đồi bằng trâu, voi, tời cáp, máng lao…Cự ly thường từ vài trăm mét
đến 1,5 km.
Giai đoạn 2: Đưa gỗ từ kho gỗ I về kho gỗ II hoặc các nhà máy chế
biến gỗ với cụ ly ngắn từ 10 đến 15 km. Trong công đoạn này người ta
thường sử dụng các loại máy kéo cỡ nhỏ có nguồn động lực là động cơ D 12, D-15, D-18 lắp trên hệ thống truyền lực và khung của xe ô tô Zil- 130, Gat53…để vận xuất, vận chuyển gỗ.
+ Khâu vận chuyển: ở những nơi khối lượng gỗ nhỏ, phân tán, nhà
máy chế biến hoặc nơi tiêu thụ gần khu vực khai thác, người ta thường dùng
thủ công bốc vác gỗ lên các máy kéo vừa và nhỏ ở khu khai thác, vận chuyển
thẳng đến nhà máy. Tại nơi có tập trung gỗ lớn thường dùng các loại máy kéo
bánh hơi có rơmoóc chuyên dùng và thiết bị tự bốc dỡ gỗ kiểu tay thuỷ lực để
bốc gỗ lên các phương tiện vận chuyển. Tuỳ theo điều kiện địa hình, loại gỗ,

khối lượng gỗ và khả năng đầu tư của từng đơn vị, trang trại…mà lựa chọn
thiết bị và công nghệ khai thác phù hợp. Theo kết quả của các công trình
nghiên cứu thì việc sử dụng các loại máy kéo bánh hơi cỡ nhỏ vận xuất gỗ
đưa lại hiệu quả kinh tế lớn, Ngoài việc vận xuất gỗ, các loại máy kéo bánh
hơi cỡ nhỏ còn được sử dụng để vận chuyển phân bón và một số loại hang
hoá khác.
Ở một số nước như Trung Quốc, Thụy Điển, Malayxia…đã sử dụng
máy kéo nông nghiệp có cỡ nhỏ, kéo rơmoóc để vận xuất, vận chuyển gỗ
rừng trồng. Do không có thiết bị tời cáp trên máy kéo, nên các giai đoạn vận
xuất gỗ từ nơi chặt hạ đến nơi tập trung gỗ phải dùng lao động thủ công hay các
hình thức vận xuất gỗ khác .
- Khái niệm và các phương pháp vận xuất gỗ .


6

+ Khái niệm vận xuất gỗ: Vận xuất gỗ là sự di chuyển các cây gỗ hay
các khúc gỗ từ nơi chặt hạ đến bãi gỗ để bốc lên phương tiện vận chuyển như
máy kéo bánh hơi, ô tô, tàu hoả, xà lan, bè mảng…
+ Phương pháp vận xuất gỗ: Theo phương pháp di chuyển cây gỗ được
chia ra: Phương pháp kéo lết và phương pháp chở gỗ. Theo phương tiện và
động lực có: Vận xuất gỗ bằng Trâu, Voi, bằng tời cáp, máng lao, máy kéo.
Theo hiện trạng cây gỗ có: Vận xuất gỗ khúc, gỗ dài và nguyên cây.
Việc áp dụng loại hình vận xuất nào là tuỳ thuộc điều kiện địa hình,
quy cách sản phẩm, trình độ cơ giới hoá, năng lực tổ chức quản lý sản xuất,
khả năng đầu tư thiết bị, con người, qui mô sản xuất…của đơn vị, hộ gia đình.
Trong các loại hình vận xuất gỗ trên, vận xuất gỗ bằng máy kéo bánh hơi
chiếm ưu thế, được nhiều nước trên thế giới áp dụng, cho năng suất và hiệu
quả kinh tế cao.
Từ những năm đầu của thập kỷ 60, nước ta đã nhập nhiều loại máy kéo

xích công suất lớn như TDT- 40, TDT-55, C-100…và các loại máy kéo bánh
hơi như LKT-80, LKT-120…để phục vụ cho khai thác gỗ rừng tự nhiên. ưu
điểm của các loại máy kéo xích công suất lớn và khả năng vượt dốc tốt, vận
xuất gỗ có khối lượng lớn. Nhược điểm là chi phí nhiên liệu cao, mức độ phá
hoại cây non, mặt đường lớn. Các loại máy kéo bánh hơi có khả năng cơ động
cao, mức độ phá hoại cay non, mặt đường ít hơn, năng suất vận xuất gỗ cao,
chi phí sử dụng thấp hơn so với máy kéo bánh xích. Vì thế máy kéo bánh hơi
ngáy càng được sử dụng rộng rãi và chiếm ưu thế hơn so với máy kéo bánh
xích [8],[9].
1.3. Tình hình nghiên cứu và áp dụng máy kéo bánh hơi vào việc vận
xuất gỗ
Ở một số nước như Trung Quốc, Thuỷ điển, Malaysia, Tanzania,
Zambabue đã và đang sử dụng máy kéo nông nghiệp cỡ nhỏ, kéo rơmooc để
vận xuất vận chuyển gỗ rừng trồng. Do máy kéo không có thiết bị tời cáp nên
các giai đoạn vận xuất gỗ từ nơi chặt hạ đến nơi tập chung gỗ phải dùng lao
động thủ công hay các hình thức vận xuất gỗ khác .


7

Đối với nước ta, từ những năm 60 đã nhập và đưa vào sử dụng một số
máy kéo của nước ngoài phục vụ cho khâu vận xuất, vận chuyển gỗ rừng tự
nhiên như: TDT 40, TDT 55, TT 4. Từ năm 1970, nước ta đã nhập và đưa vào
sử dụng máy kéo LKT 80, LKT 120. Các loại máy này đã phù hợp với đặc
điểm khai thác rừng tự nhiên với quy mô sản xuất lúc bấy giờ.
Các loại máy kéo xích có ưu điểm nổi bật là có khả năng vượt tốt, vận
xuất được gỗ có khối lượng lớn. Tuy nhiên nhược điểm của chúng là mức độ
phá hoại đất, cây con và tầng thực bì lớn. Ngược lại máy kéo bánh hơi có tốc
độ cao, mức độ phá hoại cây con, mặt đường ít hơn so với máy kéo xích. Vì
vậy, trong khai thác rừng máy kéo bánh hơi ngày càng được sử dụng rộng rãi

hơn so với máy kéo bánh xích.
Theo chức năng các máy kéo được dùng trong khai thác rừng có thể
được phân thành 2 loại: Máy kéo chuyên dùng và máy kéo nông nghiệp được
cải tiến để vận xuất gỗ. Các máy kéo lâm nghiệp chuyên dùng thường có công
suất lớn, tính ổn định và khả năng kéo bám cao. Hiện nay nhiều nước trên thế
giới có ngành công nghiệp phát triển, sản xuất lâm nghiệp với qui mô lớn đã
chế tạo và sử dụng các loại máy kéo lâm nghiệp chuyên dùng với công suất lớn.
Ở Tiệp Khắc đã nghiên cứu loại máy kéo mang nhãn hiệu LKT80 được
trang bị tời thuỷ lực (2,5 tấn) để vận xuất gỗ theo phương pháp nửa lết.
Ở Phần Lan, người ta đã chế tạo ra máy kéo mang nhãn hiệu skidder
dùng để vận xuất gỗ bằng phương pháp kéo nửa lết hay các loại máy kéo của
hãng Timberjack Norcar, Somet, Valmet.
Ở Thụy Điển đã chế tạo và áp dụng rộng rãi máy kéo Volvo kéo
rơmooc một trục có trang bị tay thuỷ lực. Liên hợp máy này có kết cấu hợp lý,
làm việc linh hoạt nhờ bốn bánh xe của rơmooc được bố trí trên 2 trục của
đòn cân bằng có thể quay tương đối với khung xe. Loại máy này được sử
dụng trong công việc vận xuất, vận chuyển gỗ trên cự ly ngắn.


8

Ở Canađa, người ta sử dụng máy kéo Timberjack 201 để vận xuất gỗ
trên địa hình có độ dốc tương dối lớn.
Ở Đức đã sản xuất và sử dụng máy kéo MG 25 công suất 25 - 34 mã
lực, vận xuất gỗ ở nơi có độ dốc tới 40%.
Ở nhiều nước trên thế giới như Thuỵ Điển, Nauy, Italia, Canada,
Australia, Newzealand cũng áp dụng rộng rãi máy kéo bánh hơi vận xuất gỗ
với số lượng ngày càng tăng, nhất là trong các trang trại qui mô vừa và nhỏ.
Qua thực tiễn sử dụng các chuyên gia đã khẳng định máy kéo bánh hơi
vận xuất gỗ sẽ cơ động, cho năng suất cao và mở ra triển vọng có thể vận

chuyển thẳng gỗ từ nơi chặt hạ ra bãi gỗ hay xuống đường vận chuyển, giảm
bớt được khâu lao động trung gian trong vận xuất vận chuyển gỗ.
Do đặc điểm sản xuất của nghành nông nghiệp mang tính thời vụ, nên
thời gian rãnh rỗi của máy kéo trong năm rất nhiều. Vì thế, để nâng cao hiệu
quả vốn đầu tư, nâng cao hiệu quả sử dụng, phát huy khả năng tận dụng toàn
bộ thời gian và công suất của máy trong nghành sản xuất nông nghiệp, tổ
chức FAO đã thực hiện hàng loạt các nghiên cứu chuyên đề ở các vùng khác
nhau trên thế giới về lĩnh vực sử dụng máy kéo nông nghiệp bánh hơi trong
khai thác rừng trồng và đã khẳng định máy kéo nông nghiệp có thể làm việc
tốt trên địa hình rừng trồng có độ dốc không lớn, nếu được trang bị thêm thiết
bị tời, cáp - Cần treo gỗ thì rất phù hợp và đem lại hiệu quả kinh tế cao.
Ở nước ta từ năm 1963, tập thể cán bộ phòng Cơ giới lâm trường Bắc
yên và Viện công nghiệp rừng đã nghiên cứu chế tạo thành công tời hai trống
lắp trên máy kéo Krabat để vận xuất gỗ [9].
Năm 1982, tập thể cán bộ phòng kỹ thuật nhà máy cơ khí 15-2 (Bộ
Lâm nghiệp cũ) đã nghiên cứu cải tiến xe Krat của Liên Xô thành loại xe kiểu
xe Reo có thiết bị tời cáp, với dàn khung cứng trên thùng xe mà dầm dọc trên
cùng có các điểm tựa để treo đỡ các puly dẫn động cho cáp mang tải khi kéo
gỗ lên và xuống theo nguyên tắc bốc dọc [1],[9].


9

Sản phẩm của các công trình nghiên cứu trên đây đã tạo ra thiết bị
chuyên dùng trong Lâm nghiệp lắp trên ô tô, máy kéo bánh hơi. Ngoài việc có
thể dùng tời cáp kéo gỗ từ xa lại gần (gom gỗ) chúng còn có thể tự bốc gỗ lên,
hạ gỗ xuống và vận chuyển ra khỏi khu khai thác.
Nhằm nâng cao tính năng sử dụng của thiết bị và khắc phục nhược
điểm của thiết bị trên, 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, vận chuyển để phục vụ khai thác gỗ nhỏ
rừng trồng”. Thiết bị thiết kế là một LHM, động lực là máy kéo nông nghiệp
MTZ 50, trang bị chuyên dùng để gom, bốc và vận chuyển gỗ gồm có: Rơ
moóc một trục, tời cơ học, cơ cấu nâng đầu bó gỗ dẫn động bằng thuỷ lực.
Tời được đặt phía sau máy kéo có nhiệm vụ kéo gỗ từ xa, tự bốc gỗ lên moóc.
Cơ cấu nâng gỗ lắp ở sau rơ moóc có nhiện vụ nâng một đầu bó gỗ cho vượt
qua đầu các cây gỗ đã bốc được lên ở lớp trước theo phương pháp bốc dọc.
Thiết bị này nhờ có sự kết hợp giữa hệ thống tời cáp với sự trợ giúp của cơ
cấu nâng gỗ thuỷ lực, giúp cho việc kéo gỗ từ xa và bốc nhiều lớp gỗ lên rơ
moóc được thuận lợi thiết bị làm việc cho hiệu quả kinh tế cao [10],[12].

Hình 1.1: Máy kéo nông nghiệp MTZ 50 được trang bị
Rơmoóc 1 trục và tời để gom gỗ từ xa


10

Năm 1997 nhóm cán bộ giảng dạy bộ môn máy lâm nghiệp Trường Đại
học lâm nghiệp đã thiết kế, chế tạo thiết bị chuyên dùng là tời cơ khí một
trống (đường kính cáp 8 mm, dung lượng cáp 100 mét) và cần treo gỗ hình
1.2 chữ A lắp trên máy kéo DFH-180 để vận xuất gỗ nhỏ rừng trồng [1].

Hình 1.2- Máy kéo DFH-180 được trang bị
cần chữ A và tời cáp để vận xuất gỗ
Các công trình nghiên cứu thiết bị phục vụ cho khâu khai thác gỗ rừng
Trong những năm qua, ở nước ta đã có những công trình nghiên cứu
về các yếu tố động lực học của các máy kéo nông lâm nghiệp như sau:
Năm 2000, TS. Đặng Tiến Hoà đã nghiên cứu một số vấn đề động lực
học của liên hợp máy kéo cỡ nhỏ hai bánh. Công trình đã nghiên cứu và phân

tích các tính chất động lực học, có tính đến sự hoạt động phi tuyến của động
cơ trong sự tác động lẫn nhau với các hệ thống thành phần khác của máy kéo
và máy công tác [10], [12].
Năm 2000, TS. Lê Minh Lư đã nghiên cứu dao động của máy kéo bánh
hơi có tính đến đặc trưng phi tuyến của các phần tử đàn hồi chịu kích động
của mặt đường là các hàm xác định và hàm ngẫu nhiên nhằm đánh giá ảnh


11

hưởng của các phần tử đàn hồi phi tuyến đến dao động của máy kéo và của
người lái [12] .
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 hoá khâu vận xuất gỗ
rừng trồng Việt Nam. Công trình đã nghiên cứu 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 [8] .
Năm 2002, TS. Nguyễn Văn Quân đã xây dựng cơ sở lý thuyết xác
định một số thông số cơ bản của trang bị lam nghiệp chuyên dùng kèm theo
MKNN, lực tải công nghệ tác dụng lên máy kéo và trang bị chuyên dùng khi
LHM vận xuất gỗ nhỏ rừng trồng [14] .
Năm 2002, Thạc sỹ Nguyễn Văn An đã nghiên cứu ảnh hưởng của độ
mấp mô mặt đất và tốc độ chuyển động đến phản lực pháp tuyến lên cầu trước
của máy kéo DFH-180 khi vận xuất gỗ rừng trồng [1].
Năm 2002, Thạc sỹ Nguyễn Văn Vệ đã nghiên cứu dao động thẳng
đứng của ghế ngồi trên máy kéo DFH-180 khi vận xuất gỗ và biện pháp giảm
xóc cho người lái.
Năm 2002, Thạc sỹ Nguyễn Đức Sỹ đã nghiên cứu ổn định động lực
học dọc liên hợp máy kéo cỡ nhỏ vận xuất gỗ khi khởi hành theo hướng lên
dốc .

Năm 2002, Thạc sỹ Phạm Minh Đức đã nghiên cứu khả năng kéo bám
của liên hợp máy kéo DFH-180 khi sử dụng rơ moóc một trục vận chuyển gỗ
nhỏ rừng trồng. Công trình đã nghiên cứu mối quan hệ giữa tải trọng kéo,
khoảng cách từ móc nối tới rơ moóc và một số chỉ tiêu kéo-bám của máy kéo,
kích thước tối ưu của rơ moóc một trục [9].


12

Năm 2007, Thạc sỹ Nguyễn Hồng Quang đã nghiên cứu về 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 và chọn chế độ sử dụng
hợp lý LHM kéo khi vận xuất gỗ rừng trồng [12].
Năm 2008, Thạc sĩ Đặng Thị Hà đã nghiên cứu quá trình khởi hành của
LHM Shibaura SD 2843 với thiết bị tời cáp khi vận xuất gỗ theo phương pháp
kéo nửa lết. Kết quả của luận văn là tài liệu tham khảo tốt cho người sử dụng
lựa chọn chế độ sử dụng hợp lý [10].
Như vậy việc nghiên cứu các yếu tố động lực học của LHM kéo đã
được nhiều tác giả đầu tư nghiên cứu và đạt những kết quả nhất định, nhưng
bên cạnh đó vẫn còn một số vấn đề cần quan tâm do điều kiện LHM làm việc
trên địa hình không bằng phẳng, độ dốc lớn, địa hình phức tạp.
Để nâng cao khả năng ổn định khi các LHM làm việc đòi hỏi phải
nghiên cứu các quá trình động lực học diễn ra trong các cụm chi tiết, hệ thống
máy. Đánh giá các yếu tố tới khả năng làm việc của LHM, nhằm tạo cơ sở để
chọn lựa hợp lý các thông số khi sử dụng cũng như thiết kế cải tiến.


13

Chương 2

MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu nghiên cứu
Xác định một số thông số động lực học để đánh giá khả năng làm việc
của liên hợp máy Shibaura SD 2843 với thiết bị tời cáp- cần treo khi gỗ khi
vận xuất gỗ rừng trồng góp phần xây dựng cơ sở khoa học cho việc lựa chọn
chế độ sử dụng hợp lý liên hợp máy khi làm việc.
2.2. Đối tượng nghiên cứu
Trong những năm gần đây, nước ta đã nhập nhiều loại máy kéo bốn bánh
cỡ vừa và nhỏ từ Nhật Bản để phục vụ sản xuất nông nghiệp như Shibaura,
Kubota…. Các loại máy kéo này là kiểu máy kéo lớn thu nhỏ, có nhiều tính năng
tốt như công suất trung bình, tiết kiệm nhiên liệu , giá cả vừa phải và đặc biệt là
máy có hai cầu chủ động nên có khả năng bám tốt…
Trên cơ sở tận dụng nguồn động lực sẵn có và phát huy tính năng tác
dụng của máy kéo để phục vụ sản xuất lâm nghiệp, đẩy mạnh công tác cơ giới
hoá khâu vận xuất gỗ giải phóng sức lao động nặng nhọc. Năm 2006, PGS. TS
Nguyễn Nhật Chiêu chủ trì đề tài nhánh cấp Nhà nước mã số KC-07-26-05
‘‘Nghiên cứu lựa chọn công nghệ và hệ thống thiết bị cơ giới hoá khai thác
gỗ rừng trồng trên độ đốc 100-200’. Đề tài đã nghiên cứu, chế tạo thử nghiệm
thành công LHM gồm máy kéo Shibaura SD-2843 (4x4) với thiết bị tời cáp
dẫn động từ trục thu công suất phía sau và cần treo gỗ chữ A để phục vụ cho
khâu khai thác gỗ rừng trồng ở độ dốc 100-200.
2.2.1. Đặc tính kỹ thuật máy kéo Shibaura SD-2843
Máy kéo Shibaura SD 2843 là loại máy kéo bánh hơi cõ nhỏ có hai cầu
chủ động nên máy có khả năng kéo bám tốt, khả năng di động cao, có thể vận
chuyển ở cự ly ngắn trên đường xấu với độ dốc lớn trong giới hạn cho phép.
Máy kéo Shibaura SD 2843 có công suất 28 mã lực, tiêu thụ nhiên liệu thấp,


14

có trục thu công suất loại phụ thuộc bố trí phía sau máy kéo. Máy có kết cấu
nhỏ gọn, ổn định, có khả năng làm việc được trên địa hình dốc dưới 20 0 nên
được đánh giá là khá phù hợp với điều kiện địa hình đồi núi của sản xuất lâm
nghiệp nước ta.
Các thông số kỹ thuật chính của máy kéo Shibaura SD-2843 cho ở
bảng 2.1[10],[12].

Hình 2.1 - Máy kéo Shibaura SD-2843

Bảng 2.1

Các thông số kỹ thuật của máy kéo Shibaura SD-2843
Máy kéo

Loại máy

Máy kéo bánh hơi, 2 cầu chủ động

Mã hiệu

Shibaura - SD 2843

Loại động cơ

Điezel 4 kỳ, 3 xi lanh

Công suất cực đại ở 2600 (v/p)
Số vòng quay định mức của động cơ
Động cơ

28

Mã lực

2200

v/p

Số vòng quay của trục thu công suất
Số 1

400 - 600

v/p

Số 2

600 - 1000

v/p

Số 3

1000 - 1350

v/p

640x180

mm

Cầu trước Kích thước lốp trước (DxB)


15

Cầu sau

Khoảng cách vết bánh trước

1070

mm

Khoảng sáng cầu trước

280

mm

Độ chụm các bánh trước

20

mm

Kích thước lốp sau (DxB)

1020x260

mm

Khoảng cách vết bánh sau

1000

mm

Khoảng sáng cầu sau

340

mm

5200

N

Cầu sau

6800

N

Theo chiều dọc (đến cầu sau)

650

mm

Theo chiều ngang (đến bánh trái)

62

mm

Toạ độ trọng tâm theo chiều cao

515

mm

3460x1250x1

mm

Trọng lượng Cầu trước
máy kéo
Toạ độ
trọng tâm
Kích

Kích thước bao ngoài

thước
chung

800
Khoảng cách giữa trục bánh trước và sau

1500

mm

Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực
Tầng số

I

II

III

IV

Số truyền

Vận tốc của máy kéo (km/h)

Tỷ số truyền

1

1.0

499.64

2

1.35

370.1

3

1.82

274.15

1

2.46

203.07

2

3.15

158.65

3

4.03

123.95

1

5.16

96.83

2

7.12

70.17

3

8.9

56.135

1

10.68

46.78

2

14.42

34.65

3

18

27.75


16

Hộp số máy kéo Shibaura SD - 2843 được thiết kế thành bốn tầng, mỗi
tầng gồm có bốn số truyền (ba số tiến và một số lùi). Để tiện theo dõi chúng
tôi sử dụng một số ký hiệu I, II, III, IV là ký hiệu tương ứng cho bốn tầng số
và các số truyền ký hiệu là: 1, 2, 3.
Trang bị lâm nghiệp chuyên dùng được lắp trên máy kéo là thiết bị tời
cáp và cần treo gỗ chữ A lắp sau máy kéo có nhiệm vụ gom gỗ, vận xuất gỗ
từ nơi chặt hạ về tập trung tại các bãi gỗ ven đường.
2.2.2. Thông số kỹ thuật của tời và cần treo gỗ
Tời được đặt trên tấm giá thép đỡ lắp sau máy kéo nhờ các bu lông. Giá
cố định tời được chế tạo từ thép tấm và thép định hình với kết cấu hàn. Trên
giá đặt hai ổ trục tời, trống tời được lắp với trục tời nhờ các ổ lăn. Một đầu
của trục tời lắp với đĩa xích bị động, đầu còn lại lắp then hoa với đĩa vấu chủ
động. Ly hợp vấu bị động được chế tạo liền với một đầu của trống tời. Như
vậy trống có thể quay tự do trên trục tời trên các ổ bi khi ly hợp vấu ngắt và
quay cùng trục tời khi ly hợp đóng. Đầu còn lại của trống tời được chế tạo
liền với trống phanh và lắp cứng với bánh răng cóc. Trên trống tời có thể quấn
80 mét cáp đường kính 10 mm. Cáp được vòng qua ròng rọc chuyển hướng
đặt trên giá chữ A lắp sau máy kéo.
Mômen quay được truyền từ trục thu công suất của máy kéo, qua bộ
truyền xích đến trục tời, qua ly hợp vấu đến trống tời để thực hiện hành trình
quấn cáp kéo gỗ theo phương pháp lết. Hành trình nhả cáp để kéo cáp buộc gỗ
được thực hiện nhờ nhả cóc hãm và ngắt ly hợp vấu và trục thu công suất.
Khi vận xuất trên đường, dùng tời cuốn cáp nâng đầu bó gỗ treo trên

cần treo gỗ chữ A ở độ cao nhất định, cố định tang tời nhờ cóc hãm, điều
khiển máy kéo vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết trên đường. Khi cần
hạ đầu bó gỗ, dùng máy kéo lại, nhả cóc hãm, khi đó nhờ trọng lượng bản
thân bó gỗ làm cho đầu bó gỗ tự rơi xuống mặt đất.
Các thông số kỹ thuật của tời lắp sau máy kéo cho ở bảng 2.2 [10],[12]


17

Bảng 2.2
Các thông số kỹ thuật của tời lắp sau máy kéo
Loại tời

Dẫn động cơ khí từ trục thu công suất của máy kéo

Lực kéo lớn nhất (N)

3940

Tốc độ cáp lớn nhất (m/s)

1,13

Dung lượng cáp (m)

100

Trọng lượng tổng cộng (cả khung chữ A) (N)

1050

Hình 2.2 - LHM kéo Shibaura SD-2843 với thiết bị
tời cáp – cần treo gỗ khi vận xuất gỗ
2.2.3. Đường vận xuất
Đường vận xuất gỗ thường là đường tạm thời được sử dụng trong mùa
khô ráo, nền đường vận xuất dùng cho các loại máy kéo bánh hơi là đường
đất được san ủi gạt bỏ những chướng ngại vật, có độ dốc cho phép.
Do kích động của mấp mô mặt đường lên các bánh xe máy kéo và đuôi
bó gỗ gây nên dao động của LHM. Vì vậy mấp mô mặt đường là yếu tố đầu
vào khi nghiên cứu dao động của LHM theo phương pháp kéo nửa lết. Để
nghiên cứu dao động LHM việc điều tra khảo sát, phân loại các dạng mặt
đường mà LHM làm việc là vấn đề cần thiết. Kết quả khảo sát sơ bộ một số
đường vận xuất gỗ ở khu rừng trồng núi Luốt (Hà Tây) có thể phân loại mấp


18

mô mặt đường thành hai dạng chính sau: Dạng mặt đường xác định và dạng
mặt đường biến đổi ngẫu nhiên [12].
Dạng mặt đường xác định
Theo yêu cầu kỹ thuật khi thiết kế và xây dựng đường cho các loại máy
kéo bánh hơi vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết, mặt và nền đường
trục chính và phụ được san ủi phẳng. Mặt đường chỉ còn lại gợn sóng dọc
theo mặt đất tự nhiên, có thể mô tả trắc diện dọc của mấp mô dạng đường xác
định bằng các hàm tuần hoàn.
Trên hình 2.3 trình bày một số dạng mặt đường vận xuất gỗ xác định
thường gặp:

h
a)

ho
0

S
S0

h
b)
ho
0

S
S0

h
c)
ho
0

S
S0

Hình 2.3: Trắc diện dọc một số mặt đường vận xuất gỗ xác định
Trắc diện dọc mặt đường 2.3.a có dạng hàm điều hoà:
h  h0 sin

2.
S
S0

khi S  0

(2-1)

Trắc diện dọc mặt đường 2.3.b gợn sóng biến đổi tuần hoàn:
h

h0 
2
1  cos
2
S0


S  khi S  0


(2-2)

Trắc diện dọc mặt đường 2.3.c gợn sóng biến đổi chuỗi hàm điều hoà:
h

h0 n 
2
2
  hs1 sin i. .h  hci cosi.
2 i 1 
h0
h0


h


(2-3)


19

Trong biểu thức (2-1), (2-2), (2-3):
- S là chiều dài mặt đường, S0 là bước sóng mặt đường,
- h là hàm số mấp mô mặt đường, h0 là độ cao mấp mô,
- hs1, hci là các hằng số tuỳ thuộc vào trắc diện mấp mô.
Khảo sát một số mặt đường xác định ở các địa điểm đã nêu trên
có dạng hàm điều hoà và có thể phân loại như sau:
Đối với một số mặt đường trên núi Luốt tỉnh Hà Tây có các đặc
trưng:
- Dạng mặt đường có biên độ h0 = 4cm, bước sóng S0 = 1,0m ;
- Dạng mặt đường có biên độ h0 = 2,1cm, bước sóng S0 = 0,85m
;
- Dạng mặt đường có biên độ h0 = 2,3cm, bước sóng S0 = 1,0m ;
- Dạng mặt đường có biên độ h0 = 1,8cm, bước sóng S0 = 0,6m.
Đối với một số mặt đường ở một số lâm trường thuộc khu
nguyên liệu giấy Vĩnh phú có các đặc trưng:
- Dạng mặt đường có biên độ h0 = 8cm, bước sóng S0 = 1,5m ;
- Dạng mặt đường có biên độ h0 = 6cm, bước sóng S0 = 1,2m ;
- Dạng mặt đường có biên độ h0 = 4cm, bước sóng S0 = 1,0m.
Như vậy, trên các khu vực đã được khảo sát cho thấy dạng mặt đường
có đặc trưng với biên độ h0 = 4 cm, bước sóng S0 = 1,0 m, phương sai DS =
7,904 cm2; 0  6,28rad / s với vận tốc lấy bằng 1 m/s.

Dạng mặt đường biến đổi ngẫu nhiên
Do tác động của nhiều yếu tố, nên trắc diện dọc của mặt đường biến đổi
một cách ngẫu nhiên và được coi như một quá trình ngẫu nhiên. Các quá trình
ngẫu nhiên được chia làm 2 loại: dừng và không dừng. Về mặt toán học cả 2
quá trình đều được khảo sát khá đầy đủ, song chỉ có lý thuyết về các quá trình
ngẫu nhiên dừng là có ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật. Việc giải bài toán các
quá trình ngẫu nhiên không dừng rất khó khăn và phức tạp. Để đơn giản trong


20

việc tính toán chúng tôi coi trắc diện dọc của mặt đường vận xuất gỗ là những
hàm ngẫu nhiên dừng và ecgodich.
Các đặc trưng thống kê của trắc dọc mặt đường vận xuất cần phải xác
định là kỳ vọng toán học mh, phương sai Dh, hàm tương quan Rh(s) và hàm mật
độ phổ Sh(  ). Với hàm ngẫu nhiên dừng và ecgodich kỳ vọng toán học mh,
phương sai Dh là các hằng số, hàm tương quan Rh(s) hội tụ tiến đến không khi
thời gian tiến tới vô cùng.
Các đặc trưng thống kê của trắc diện dọc mặt đường được diễn tả bằng
các biểu thức:
S

1 0
mh  lim
hs .ds
S  S 
0 0

(2-4)

S

0
1
2
hs  hs   mh  ds
S  S
0
0

Dh  lim

(2-5)

S

1 0 0
Rh  lim
h s .h 0 s  s0 .ds
S  S 
0 0

(2-6)

Trong biểu thức (2-4), (2-5), (2-6):
- h(s) là hàm ngẫu nhiên mấp mô mặt đường;
- h0(s) là hàm ngẫu nhiên mấp mô mặt đường đã trung tâm hoá:
h0(s) = h(s) – mh;
- S là chiều dài quãng đường quan sát;
- S* là quãng đường giữa hai lần quan sát;

Nếu xét trong một quãng đường giới nội S0 đủ lớn, các tích phân trên
có thể thay thế bằng các hàm tổng hữu hạn có dạng:
mh   Ph j .h j
v

j 0

  

Dh   P q 0j q 0j

Rh 

2

1 N  0 0
 hn hn
N   n1


21

Trong đó :
v: Số chia độ cao h j ,
h j : Giá trị biên độ mấp mô mặt đường,

P( h j ): Tần suất xuất hiện độ cao h j trong phép đo,
P( h 0j ): Tần suất xuất hiện độ cao h 0j trong phép đo,
  1,2,3...............,0 với  0 = S*/  ,
n  1,2,3................,n0 với n = S0/  ,

N: Số khoảng chia với N 

S0
,


 : Chiều dài một khoảng đo (bước tính).

Trong tính toán thí nghiệm, chiều dài quãng đường khảo sát được quy
định tối thiểu S0= 10. Smax,
Smax: Bước sóng lớn nhất của các mấp mô,
Chiều dài khoảng đo  được tính  = Smin/20,
Smin: Bước sóng nhỏ nhất của các mấp mô,
Chiều dài khoảng đo  được xác định trực tiếp trong quá trình đo đạc,
hn0 , hn : Biên độ mấp mô mặt đường trung tâm hoá tại vị trí n.  và

(n   ).
2.3. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu xác định một số thông số kỹ thuật đánh giá khả năng làm
việc của liên hợp máy khi vận xuất gỗ rừng trồng theo phương pháp nửa lết
trên độ đốc dọc 100-150
2.4. Nội dung nghiên cứu
Để đạt được mục tiêu trên, luận văn tập trung vào một số nội dung
chính như sau:
2.4.1. Nghiên cứu lý thuyết


22

Với đối tượng nghiên cứu đã chọn, để đạt được mục tiêu đề ra, luận văn
tập trung giải quyết những nội dung sau:
- Nghiên cứu xác định một số thông số động lực học của LHM khi vận
xuất gỗ.
+ Mô men xoắn ở bánh xe chủ động và lực kéo tiếp tuyến.
+ Phân tích động lực học của LHM khi vận xuất gỗ.
+ Lực bám ở bánh xe chủ động.
+ Các lực cản chuyển động.
+ Cân bằng lực kéo.
- Nghiên cứu xác định khả năng làm việc của LHM khi vận xuất gỗ
theo phương pháp nửa lết.
- Xây dựng mô hình làm việc và sơ đồ tính toán LHM khi vận xuất gỗ.
- Nghiên cứu sự ảnh hưởng của mặt đường vận xuất đến khả năng
chuyển động của LHM .
2.4.2. Nghiên cứu thực nghiệm
- Xác định trắc diện dọc đường vận xuất gỗ rừng trồng đặc trưng.
- Xác định tọa độ trọng tâm của LHM
2.5. Phương pháp nghiên cứu
2.5.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
Máy kéo công suất nhỏ với thiết bị tời cáp dùng trong vận xuất gỗ
thường chuyển động với vận tốc thấp, các kích động động học của mấp mô
mặt đường lên máy kéo thay đổi không lớn. Máy kéo làm việc ở vùng tải
trọng, độ dốc, vận tốc cho phép sẽ không có hiện tượng mất liên kết giữa bánh
xe, đuôi gỗ với mặt đường. Do vậy chúng tôi đã sử dụng phương pháp giải
tích để xây dựng mô hình tuyến tính, tính toán dao động của trọng tâm máy
kéo.Nội dung của phương pháp giải tích là sau khi lựa chọn mô hình tính toán
và các thông số của hệ thống, dựa vào các định luật cơ học để mô tả các
chuyển động cơ học bằng những phương trình vi phân biểu diễn quỹ đạo

23

chuyển động của trọng tâm LHM. Phương trình vi phân này có thể giải được
bằng phương pháp giải tích. Đối với mô hình tuyến tính, việc giải các phương
trình vi phân này có thể tiến hành theo nhiều cách khác nhau, kết quả nhận
được cũng có độ chính xác khác nhau tuỳ thuộc vào từng phương pháp [10].
- Lý thuyết cơ học lý thuyết động lực học hệ nhiều vật (Nguyên lý
Dalambe, phương trình Lagranger loại II..)
- Vận dụng lý thuyết ôtô máy kéo để nghiên cứu quá trình động lực học
xảy ra đối với liên hợp máy trong quá trình làm việc.
2.5.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
- Áp dụng tiêu chuẩn [TCVN 1773-1991] và phương pháp xác định tọa
độ trọng tâm của LHM để tiến hành thực nghiệm [4].
- Phương pháp xác định trắc diện dọc mặt đường vận xuất đặc trưng
cho rừng trồng: Sử dụng máy Thủy bình và mia đa năng. Kết quả thu được xử
lý nhờ phần mềm thống kế toán học.