Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số yếu tố đến năng suất và chi phí năng lượng riêng khi vận xuất gỗ rừng tự nhiên bằng tời dung lượng cáp lớn lắp trên máy kéo xích

LỜI CAM ĐOAN
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
Tôi xin cam------------------------------------đoan, đây là công trình của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực
và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

TRẦN NHO THỌ
Tác giả luận văn

NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ
Trần Văn Thịnh

ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG
LỜI CẢM ƠN

KHI VẬN XUẤT GỖ RỪNG TỰ NHIÊN BẰNG TỜI

Sau một thời gian làm việc khẩn trương, với tinh thần nghiên cứu khoa

DUNG LƯỢNG CÁP LỚN LẮP TRÊN MÁY KÉO XÍCH

học một cách nghiêm túc, trên cơ sở các kiến thức của bản thân và các tài liệu
tham khảo, sự hướng dẫn tận tình của TS. Nguyễn Văn Quân, thầy hướng dẫn
trực tiếp, thầy Phạm Văn Lý với những nhận xét và góp ý xác đáng, thầy Trần
Kim Khôi và các bạn đồng nghiệp đã tận tình giúp đỡ trong quá trình khảo

Chuyên

gỗ,đếm
giấyđược. Đến nay, Đề tài
nghiệm tại hiện trường
và xửngànhnghệ
lý số liệu đo
LUẬN
THẠC
SỸtốKỸ
“Nghiên cứu sự ảnh
hưởngVĂN
của một
số yếu
đếnTHUẬT
năng suất và chi phí năng
lượng riêng khi vận xuất gỗ rừng tự nhiên bằng tời tự hành hai trống” của tôi
đã hoàn thành và đạt được mục tiêu đề ra.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc với những sự giúp đỡ tận tình quý báu đó.
Tôi xin hứa với những kiến thức đã học được trong quá trình học tập và
nghiên cứu, trong điều kiện có thể tôi sẽ vận dụng vào quá trình hoạt động
LỜI CAM ĐOAN
Hà Nội, 2010


Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực
BỘ GIÁO
DỤC
VÀaiĐÀO
NGHIỆP
VÀ PTNT
và chưa

được
côngTẠO
bố trong bấtBỘ
kỳNÔNG
công trình
nào khác.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
-------------------------------------

Tác giả luận văn

TRẦN NHO THỌ

NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA
MỘT
YẾU TỐ
Trần
VănSỐ
Thịnh
ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG
KHI VẬN XUẤT GỖ RỪNG TỰ NHIÊN BẰNG TỜI
DUNG LƯỢNG CÁP LỚN LẮP TRÊN MÁY KÉO XÍCH

Chuyên ngành: Máy và Thiết bị cơ giới hóa Nông -Lâm nghiệp
Mã số: 60.52.14
Chuyên ngànhnghệ gỗ, giấy
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

TS. Trần

Tuấ n

Nghĩa

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. Nguyễn Văn Quân

Hà Nội, 2010


1

MỞ ĐẦU
1.Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu
Trong những năm gần đây, công nghiệp chế biến lâm sản không ngừng
phát triển, tốc độ tăng trưởng khoảng 30% đã tạo thành một mạng lưới với
nhiều ngành, nhiều thành phần kinh tế tham gia gồm trên 1.200 doanh nghiệp,
trong đó doanh nghiệp nhà nước chiếm 26,7%, liên doanh và vốn nước ngoài
3,3%, doanh nghiệp ngoài quốc doanh chiếm 70% với tổng công suất chế biến
khoảng 9 triệu m3/năm.
Cùng với sự phát triển nhanh của ngành chế biến, đời sống kinh tế của
nhân dân tăng nhanh làm cho nhu cầu về gỗ ngày càng cao. Mặc dù, diện tích
rừng trồng đang phát triển mạnh nhưng chỉ đáp ứng một phần nhu cầu về gỗ
nguyên liệu giấy và ván nhân tạo.
Rừng tự nhiên nước ta, nguồn cung cấp gỗ lớn chủ yếu cho tiêu dùng
và nhu cầu sản xuất của ngành chế biến. Trong nhiều năm qua, do nhiều
nguyên nhân chủ quan và khách quan khác nhau như: chiến tranh, khai thác
lạm dụng, sức ép tăng dân số, thiếu đất canh tác nông nghiệp làm nhiều diện
tích rừng bị chuyển đổi mục đích sử dụng, nhận thức xã hội về tài nguyên

rừng và vai trò của nó đối với sự phát triển kinh tế và an ninh môi trường
chưa đầy đủ đã làm suy thoái rừng tự nhiên.
Vì vậy, hiện nay diện tích rừng tự nhiên có thể khai thác được chủ yếu
nằm ở vùng sâu, vùng xa, địa hình dốc, chia cắt nhiều. Việc vận xuất từ khu
khai thác ra ngoài sẽ gặp rất nhiều khó khăn.
Để khai thác gỗ rừng tự nhiên một cách có hiệu quả, chủ yếu là khai
thác chọn, địa hình khu khai thác phức tạp, lượng gỗ lấy ra trong khu khai
thác là rất ít, khả năng ảnh hưởng đến những cây còn lại là rất cao, nên Tiến


2

sỹ Nguyễn Văn Quân cùng với các nhà khoa học thuộc khoa Cơ điện và Công
trình Trường Đại học Lâm nghiệp đã thực hiện đề tài cấp Bộ:
“Nghiên cứu công nghệ và cải tiến, thiết kế chế tạo một số thiết bị
phục vụ khai thác chọn rừng tự nhiên nhằm nâng cao tỷ lệ tận dụng gỗ và hạn
chế tác động xấu đến môi trường xung quanh”.
Một trong những nội dung của đề tài là thiết kế, chế tạo tời dung lượng
cáp lớn và càng ngoạm gỗ thủy lực lắp trên máy kéo xích DT – 75. Thiết bị
này áp dụng để vận xuất gỗ rừng tự nhiên, với hình thức khai thác chọn. Cây
gỗ sau khi khai thác được máy kéo dùng tời dung lượng cáp lớn để thu gom
gỗ từ những vị trí mà máy kéo không thể tới được, sau đó dùng càng ngoạm
gỗ thuỷ lực để kẹp và kéo về tới bãi gỗ I. Đây là một thiết bị mới, để đưa vào
sử dụng có hiệu quả cần tiến hành nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến năng
suất và chi phí năng lượng riêng, từ đó xác định được các thông số kỹ thuật
hợp lý khi sử dụng máy để đạt năng suất cao, giá thành hạ góp phần đưa sản
phẩm đã được thiết kế và chế tạo vào thực tiễn sản xuất.
Vì những lý do trên tôi thực hiện luận văn tốt nghiệp với đề tài:
“Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số yếu tố đến năng suất và chi phí năng
lượng riêng khi vận xuất gỗ rừng tự nhiên bằng tời dung lượng cáp lớn lắp

trên máy kéo xích ”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu của đề tài là xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng của một
số yếu tố đến năng suất và chi phí năng lượng riêng khi vận xuất gỗ rừng tự
nhiên bằng tời dung lượng cáp lớn lắp trên máy kéo xích. Từ đó xác định
được trị số tối ưu của các yếu tố ảnh hưởng để đạt được năng suất cao nhất và
chi phí năng riêng nhỏ nhất.


3

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Hình thức và thiết bị vận xuất gỗ
Vận xuất gỗ là quá trình di chuyển cây gỗ từ nơi chặt hạ về kho gỗ I
hoặc bãi gỗ tập trung, từ đó cây gỗ được vận chuyển tới kho gỗ II hoặc đến
nơi tiêu thụ. Vận xuất gỗ là công việc rất nặng nhọc, nguy hiểm và ảnh hưởng
lớn đến môi trường rừng. Trong tất cả các khâu của quá trình khai thác gỗ,
khâu vận xuất giữ vai trò hết sức quan trọng, nó ảnh hưởng lớn đến năng suất,
giá thành và chi phí trong khai thác. Để giảm giá thành, tăng năng suất lao
động thì việc chọn một hình thức vận xuất hợp lý là hết sức quan trọng.
Trong công nghệ vận xuất gỗ thường được sử dụng các loại hình
như: vận xuất bằng súc vật, vận xuất bằng máng lao, vận xuất bằng máy
kéo, vận xuất bằng đường cáp, … Trong các hình thức vận xuất nêu
trên thì hình thức vận xuất bằng tời cáp lắp trên máy kéo thường được
áp dụng để tập kết gỗ ở những khu vực mà các máy móc và thiết bị
khác không thể thu gom được. Chính vì đặc điểm và tầm quan trọng như
vậy nên đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về công nghệ cũng như trong
máy móc thiết bị trong khâu sản xuất này.
* Theo phương pháp vận xuất gỗ, người ta chia ra:

- Phương pháp kéo lết, kéo nửa lết (Skidding): Ở phương pháp kéo lết,
toàn bộ cây gỗ được kéo lết trên mặt đất; kéo nửa kéo lết chỉ một đầu cây gỗ
được kéo lết trên mặt đất còn đầu kia được nhấc khỏi mặt đất nhờ hệ thống
treo đỡ của phương tiện.
- Phương pháp chở gỗ (Forwarding): là phương pháp mà toàn bộ tải
được đặt trên các xe chở gỗ có bánh và được đưa về nơi tập trung bằng sức
người, sức súc vật hoặc bằng máy kéo.


4

* Căn cứ vào hiện trạng cây gỗ sẽ có các hình thức:
- Vận xuất gỗ khúc (Short wood): gỗ vận xuất được cắt thành khúc theo
tiêu chuẩn gỗ thương phẩm rồi được chuyển ra bãi gỗ.
- Vận xuất gỗ dài (Tree length): cây gỗ sau khi hạ được cắt cành, ngọn rồi
cả thân cây được đưa về bãi gỗ, việc cắt khúc sẽ được thực hiện trên bãi gỗ.
- Vận xuất gỗ nguyên cây (Full tree): Sau khi hạ, cây gỗ còn nguyên cả
cành và tán được chuyển ra bãi gỗ, tại đây chúng được cắt cành và cắt khúc.
Ở các nước có nền công nghiệp phát triển, người ta đã chế tạo và sản
xuất hàng loại các loại máy kéo chuyên dùng sử dụng cho vận xuất gỗ rừng tự
nhiên. Đó thường là các máy có công suất lớn, tính ổn định và khả năng bám
cao, cơ động, làm việc tin cậy và cho năng suất cao. Trong những năm gần
đây nhiều loại máy kéo lâm nghiệp đã được chế tạo và đưa vào sản xuất. Các
máy kéo lâm nghiệp dùng trong vận xuất gỗ rất đa dạng, song có thể phân
chia thành hai nhóm chính: máy kéo xích và máy kéo bánh bơm (bánh hơi).
Máy kéo xích có ưu điểm là công suất lớn, khả năng bám và ổn định cao
nên hiện tại chúng vẫn được sử dụng trong khai thác gỗ lớn rừng tự nhiên, ở
những nơi địa hình dốc, phức tạp. Do đó máy kéo xích có trang bị tời thuỷ lực
để vận xuất gỗ từ khu khai thác tới chỗ tập kết sẽ đạt năng suất cao và giải
quyết được yêu cầu từ thực tiễn.

Máy kéo xích có trang bị tời vận xuất gỗ cũng được áp dụng ở các lâm
trường ở miền Trung nước ta phần đa số loại máy này là máy được nhập khẩu
từ Liên Xô cũ.


5

Hình 1.1. Máy kéo TDT 55 được trang bị bàn bằng và tời để vận xuất gỗ
1.2. Tình hình nghiên cứu và sử dụng tời cáp vận xuất gỗ trên thế giới
Tời là thiết bị vận xuất gỗ được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước. Trong
khai thác lâm sản tời được sử dụng độc lập để bốc gỗ, xếp đống gỗ, kéo gỗ từ
xa hoặc là bộ phận chính của đường cáp vận xuất, thiết bị công nghệ của máy
kéo chuyên dùng vận xuất gỗ.
Ở những nước có nền công nghiệp rừng tiên tiến như Mỹ, Canada, Áo,
Thụy Sỹ, Na Uy, Nga,…. Việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo, sử dụng và hoàn
thiện tời được quan tâm ngay từ thập kỷ 20 của thế kỷ trước. Làm thế nào để
tăng năng suất lao động và giảm giá thành vận xuất là vấn đề nghiên cứu được
quan tâm hàng đầu.
Ở các nước như Mỹ, Canada vận xuất gỗ bằng tời được sử dụng rộng
rãi ở các vùng núi cao, xuất hiện còn sớm hơn vận xuất gỗ bằng máy kéo. Ở
các nước này cũng giống như các nước Tây Âu và Bắc Âu vận xuất gỗ bằng
tời được gọi chung là hệ thống đường cáp khai thác gỗ (Cable logging
Systems) cho nên việc nghiên cứu hoàn thiện tời song hành với nghiên cứu


6

hoàn thiện đường cáp vận xuất. Các hướng nghiên cứu chính ở các mục tiêu
được tiến hành:
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo, sử dụng tời tự hành lắp trên máy kéo bánh

bơm hoặc máy kéo bánh xích thay cho việc sử dụng tời cố định. Các hãng sản
xuất tời cáp hàng đầu của Mỹ như Skedfet Berger, Timberland, Veirhozer đã
cho ra đời các loại các loại tời cáp tự hành Wowniton 108 với tời 3 trống công
suất 320 mã lực, dây cáp được nối thành vòng kín, cột tời cao 15m lắp trên
máy kéo bánh bơm hoặc máy kéo bánh xích. Các loại tời cáp tự hành của
hãng Ckedjet như GT5C, GT5D, GT4 được sử dụng hiệu quả khi vận xuất ở
cự ly 200-300m, diện tích của mỗi lô khai thác 15-16ha, một ca làm việc kéo
được 350 cây gỗ. Việc sử dụng tời tự hành làm giảm công di chuyển, lắp đặt
tời dẫn đến giảm giá thành vận xuất.
Ở các nước Châu Âu như Na Uy, Thuỵ Sỹ, Áo, Pháp, Thụy Điển, do
điều kiện tự nhiên và điều kiện rừng khác hẳn với Mỹ và Canada, hệ thống tời
cáp chỉ sử dụng ở những nơi mà máy kéo không sử dụng được. Phương thức
khai thác chủ yếu được áp dụng ở những nước này là chặt chọn hoặc chặt tỉa
thưa, sản lượng gỗ trên 1ha thấp, gỗ có kích thước nhỏ cho nên tời tự hành có
công suất nhỏ được nghiên cứu và sử dụng.
Một số hãng sản xuất nổi tiếng như Igland A/C (NaUy) đã sản xuất các
loại tời một trống Primett 4000LH có lực kéo 45kN và tời 2 trống 8002F có
lực kéo 80kN có thể lắp trên các loại máy kéo nông nghiệp, sản phẩm đã được
xuất khẩu sang 25 nước trên thế giới.
Hãng sản xuất Kyfer (Pháp) đã sản xuất tời tự hành MF 10, MF 15,
MF25 lắp trên máy kéo bánh lốp 3 hoặc 4 bánh, công suất từ 16CV đến
31CV, lực kéo 3700 kG tốc độ cuốn của dây cáp 0,2 – 2,1 m/s.


7

Các kiểu tời tự hành của hãng Sépon, Koska ( Thụy Điển) Kracer (Áo),
Opvallden (Thụy Sỹ) với lực kéo 3000 kG, tốc độ cuốn cáp 0,3 – 2,5 m/s là
những mẫu tời 2 trống tự hành điển hình của các nước Châu Âu.
Ở nước Nga, tời vận xuất gỗ được áp dụng từ thế kỷ 19 do các kỹ sư

Nga N.Sưtrenco (1878). IA.Vasiliev (1890) thiết kế và chế tạo.
Vào những năm 1950 Tiệp Khắc (cũ) đã đưa vào sử dụng loại máy kéo
bánh hơi LKT – 80, LKT - 120 được trang bị tời thuỷ lực (2,5 tấn) có thể gom
gỗ từ xa và vận xuất gỗ theo phương pháp nửa lết, đây là loại máy kéo khung
gập 4 bánh chủ động.
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh và sử dụng tời được các trung
tâm nghiên cứu lớn như: Viện nghiên cứu cơ giới hoá và năng lượng
(XNiiMe). Viện nghiên cứu lâm nghiệp Xibiri (XibNiiLP), Viện nghiên cứu
lâm nghiệp IRờcut (Irơcutsk NiiLΠ) tiến hành trong nhiều năm qua.
Để vận xuất gỗ ở điều kiện địa hình bằng phẳng với cự li vận xuất dưới
500m và địa hình dốc dưới 2000m, Viện nghiên cứu cơ giới hoá năng lượng
đã thiết kế và chế tạo các mẫu tời TL.3, TL.4, TL.5. Theo [12]. Kết quả
nghiên cứu sử dụng các loại tời trên cho thấy rằng ngoài những ưu việt nổi bật
như ít phá hoại cây con, phá hoại đất, còn có những ưu việt như giảm công
sửa chữa 2 – 3 lần, chi phí nhiên liệu giảm 50 – 60%, giá thành ca máy giảm
1,5 lần so với sử dụng máy kéo để vận xuất ở điều kiện thể tích trung bình của
gỗ khai thác 0,2m3, sản lượng 150m3/ha, cự li vận xuất 500 – 550m.
Các loại tời cố định IL12A, IL-8 được nghiên cứu hoàn thiện thay thế
các mẫu tời trên, lực kéo tăng (20 – 30)%, tốc độ cuốn cáp tăng (25 – 40)%,
việc trang bị thêm hộp số cho phép đổi chiều quay của trống tời và giảm tốc
tốc độ tăng lên đã giúp mở rộng phạm vi sử dụng tời.


8

Hình 1.2. Máy kéo bánh hơi LKT- 120 có trang bị tời thuỷ lực
1.3. Tình hình nghiên cứu và sử dụng tời cáp ở nước ta
Có hai trung tâm lớn nghiên cứu về khai thác gỗ ở Việt Nam là Trường
Đại học Lâm nghiệp và Viện khoa học Lâm nghiệp Việt Nam. Từ những năm
60 đến 90 của thế kỷ trước, đối tượng khai thác chính là rừng tự nhiên. Các

nghiên cứu tập trung vào một số hướng chủ yếu sau:
- Khảo nghiệm các thiết bị nhập nội phục vụ một số khâu sản xuất.
- Khảo nghiệm một số cưa xăng trong dây chuyền khai thác gỗ ở Tây
Nguyên - Nguyễn Trọng Hùng 1982; “Sử dụng máy kéo TT.4 để vận xuất” Nguyễn Văn Lợi 1982; “Sử dụng máy kéo để vận chuyển gỗ” - Nguyễn Kính
Thảo 1984.
- Nghiên cứu, chế tạo một số thiết bị cơ giới hoá khai thác gỗ: Nguyễn
Kính Thảo: “Thiết kế máy kéo khung gập vận xuất gỗ L-35”; Lê Duy Hiền:
“Thiết kế đường cáp Visen vận xuất gỗ”; Viện khoa học Lâm nghiệp đã thiết
kế, chế tạo rơ moóc chở gỗ dài, đường cáp vận xuất gỗ 1A…
Từ những năm 90 của thế kỷ trước đến nay, do hạn chế khai thác rừng
tự nhiên nên các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào công nghệ và thiết bị khai
thác rừng trồng. Có thể liệt kê ra đây một vài công trình tiêu biểu.


9

- Trịnh Hữu Lập: “Hoàn chỉnh quy trình công nghệ vận xuất gỗ, vận
chuyển gỗ rừng trồng”; “Thiết kế lắp đặt đường cáp kéo căng thả chùng vận
xuất gỗ”.
- Đề tài cấp Nhà nước KN-03-04 “Thử nghiệm hoàn thiện và áp dụng
công nghệ khai thác, chế biến và bảo quản gỗ nhỏ” do TS. Nguyễn Kính Thảo
làm chủ nhiệm đã tạo ra được 1 mẫu máy có thiết bị tời cáp dẫn động cơ khí,
cơ cấu nâng gỗ dẫn động thuỷ lực, thiết bị có thể gom gỗ từ xa, tự bốc gỗ lên
rơ mooc và vận chuyển ở cự li ngắn. Đã khảo nghiệm cưa xăng Partner P-70
và tời 2 trống, chặt hạ và vận xuất gỗ ở trong rừng ngập mặn.
- Nguyễn Nhật Chiêu “Thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm thiết bị vận xuất,
bốc dỡ, vận chuyển để khai thác gỗ nguyên liệu giấy và gỗ nhỏ rừng trồng”.
- Nguyễn Văn Quân “Nghiên cứu áp dụng máy kéo bánh hơi để vận
xuất gỗ rừng trồng”.
Năm 2005, thực hiện đề tài nghiên cứu cấp nhà nước: “Nghiên cứu lựa

chọn công nghệ và hệ thống thiết bị cơ giới hóa các khâu làm đất, trồng, chăm
sóc rừng trồng và khai thác gỗ” thuộc chương trình khoa học công nghệ trọng
điểm cấp nhà nước giai đoạn 2001 – 2005 KC07 đã thiết kế chế tạo được mẫu
tời thuyền tự hành 1 trống để vận xuất gỗ rừng trồng, công suất 4.2 kW, cự ly
gom 50m, lực kéo tối đa 5696N; năng suất 15 – 20 m3/ca.
Ưu điểm lớn nhất của tời là thiết kế gọn nhẹ, đơn giản, dễ chế tạo. Nhược
điểm: cự ly gom gỗ ngắn, lực kéo nhỏ chỉ phù hợp với gỗ rừng trồng, côn ly
tâm có độ bền kém.
Giai đoạn 2006 – 2010, đề tài trọng điểm cấp bộ “Nghiên cứu công
nghệ, cải tiến, thiết kế, chế tạo một số thiết bị phục vụ khai thác chọn rừng
tự nhiên nhằm nâng cao tỷ lệ tận dụng gỗ và hạn chế tác động xấu đến môi
trường xung quanh” đã thiết kế, chế tạo được mẫu tời dung lượng cáp lớn
lắp trên máy kéo xích DT75 cùng với thiết bị tay bốc thuỷ lực. Ưu điểm của


10

mẫu tời này là có công suất lớn, cự ly kéo gom gỗ xa hơn, khả năng làm việc
ổn định.
Tóm lại: Tời là thiết bị vận xuất thông dụng được áp dụng ở nhiều
nước trên thế giới và đã được nghiên cứu tương đối hoàn chỉnh và có hệ
thống. Tùy theo điều kiện địa hình, điều kiện rừng, quy mô sản xuất mà ở đó
mỗi nước có những kiểu tời thông dụng khác nhau nhưng nhìn chung xu thế
chuyển từ tời cố định sang tời di động nhằm giảm nhẹ công di chuyển, lắp
đặt, được nhiều nước quan tâm nghiên cứu. Trong số các loại tời đơn giản
thì tời được lắp sau máy kéo là loại tời được dùng rất hợp lý đối với việc vận
xuất gỗ rừng tự nhiên áp dụng với hình thức chặt chọn. Ở nước ta, việc
nghiên cứu tời vận xuất chưa được quan tâm nhiều, nghiên cứu chưa thành
hệ thống. Cho đến nay chưa có một mẫu tời nào được sản xuất hàng loạt,
chưa được thực tế sản xuất chấp nhận. Vì vậy, nghiên cứu để ứng dụng tời

vào sản xuất là rất cần thiết nhằm tăng năng suất lao động, cải thiện điều
kiện làm việc của công nhân.


11

Chương 2
CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI
Để xác định được những yếu tố có ảnh hưởng đến năng suất và chi phí
năng lượng riêng của tời dung lượng cáp lớn lắp trên máy kéo xích khi vận
xuất gỗ bằng phương pháp kéo lết.
Trước tiên chúng tôi đi nghiên cứu cở sở lý thuyết về năng suất và chi
phí năng lượng riêng của quá trình kéo gỗ bằng tời, từ đó phân tích các yếu
tố ảnh hưởng đến năng suất và chi phí năng lượng riêng.
2.1. Năng suất của tời khi vận xuất
Năng suất là khối lượng gỗ mà tời kéo được trong một đơn vị thời gian.
Theo [11] năng suất giờ của tời được xác định bằng công thức:
N sgio 

36001Q 1
t 

(2.1)

Trong đó:
 – Hệ số sử dụng thời gian;
1– Hệ số sử dụng tải trọng;
Q – Tải trọng chuyến danh nghĩa
t – Thời gian thực hiện một chuyến kéo
 – Trọng lượng riêng của gỗ vận xuất

Thời gian thực hiện một chuyến kéo được xác định bằng công thức:
Σt = t1 + t2 + t3 + t4 (s)
Trong đó:
t1 – Thời gian nhả cáp từ vị trí máy kéo đứng đến cây gỗ (s)
t2 – Thời gian buộc gỗ (s)
t3 – Thời gian kéo gỗ (s)
t4 – Thời gian dỡ gỗ (s)

(2.2)


12

Thời gian kéo cáp không tải và có tải được xác định bằng công thức:
t1 

l tb
l
; t 3  tb (s)
v ot
vt

(2.3)

Trong đó:
ltb – Cự ly vận xuất trung bình;
vot – Tốc độ của cáp khi không tải;
vt – Tốc độ của cáp khi có tải;
Thời gian buộc gỗ và dỡ gỗ được xác định bằng công thức:
Q

q

t2 = a ; t4 = b

Q
(s)
q

(2.4)

Trong đó:
a – Thời gian buộc một khúc gỗ;
b – Thời gian dỡ một khúc gỗ;
q – Trọng lượng trung bình của một khúc gỗ vận xuất;
Thay (2.4), (2.3), (2.2) vào (2.1) ta được
N sgio 

36001Q
1
ltb
Q l
Q
 a  tb  b 
vot
q vt
q

(2.5)

2.2. Những yếu tố ảnh hưởng đến năng suất của tời khi vận xuất

Công thức (2.5) cho thấy rằng có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến năng
suất của tời khi vận xuất. Để tiện cho việc phân tích, đánh giá các yếu tố ảnh
hưởng của tời có thể chia chúng làm bốn nhóm:
2.3. Chi phí năng lượng riêng+ Nhóm 1: Các yếu tố thuộc về công tác tổ chức
sản xuất gồm có các hệ số sử dụng thời gian  và 1 .
+ Nhóm 2: Các yếu tố thuộc về công nghệ sản xuất bao gồm cự ly vận xuất
trung bình ltb, thời gian buộc gỗ (a), thời gian dỡ gỗ (b).
+ Nhóm 3: Các yếu tố thuộc về điều kiện sản xuất gồm trọng tải trung bình
của một khúc gỗ (q) và trọng lượng riêng của gỗ (  ).


13

+ Nhóm 4: Các yếu tố thuộc về máy gồm: tải trọng chuyến (Q), vận tốc cáp
khi không tải (vot) và vận tốc cáp khi có tải (vt ).

Chi phí năng lượng nói chung, chi phí năng lượng riêng nói riêng
chiếm một tỷ trọng lớn trong giá thành vận xuất đồng thời nó cũng là chỉ tiêu
đánh giá chất lượng của một thiết bị hay sự hoàn thiện của một quá trình. Như
vậy, mục tiêu của đề tài nghiên cứu là nhằm tìm ra biện pháp kỹ thuật làm
giảm chi phí năng lượng, góp phần làm giảm giá thành sản phẩm cũng như
nâng cao chất lượng của thiết bị.
Chi phí năng lượng riêng, theo [8 ] được xác định bằng công thức:
Nr 

W
M

(2.6)

Trong đó:
W – Chi phí năng lượng để làm ra một khối lượng sản phẩm M trong một đơn
vị thời gian t nào đó;
M – Khối lượng sản phẩm làm ra trong khoảng thời gian t.
Căn cứ vào nguyên lý họat động của tời lắp sau máy kéo và sơ đồ công
nghệ khi vận xuất gỗ bằng tời lắp sau máy kéo, chi phí năng lượng có thể
được xác định bằng công thức:
W = Nnc.tnc +Notb + Nt.tt + No.tg

(2.7)

Trong đó:
Nnc – Công suất của động cơ khi tời thuỷ lực nhả hệ thống dây cáp;
tot – Thời gian nhả cáp;
No – Công suất động cơ trong trạng thái động cơ thuỷ lực đứng yên;
tb - Thời gian buộc gỗ;
Nt – Công suất động cơ khi tời thuỷ lực khi kéo hệ thống dây cáp trong trạng
thái có tải;


14

tt – Thời gian hệ thống cáp chạy có tải;
tg - Thời gian dỡ gỗ;
Công suất của động cơ thuỷ lực khi kéo hệ thống dây cáp trong trạng
thái không tải được xác định bằng công thức:
Not 

Zkot .vot
1000η

(2.8)

Trong đó:
Zkot – lực kéo tại trục của động cơ cần thiết để cho hệ thống cáp chạy được
trong trạng thái không tải;
vot – Tốc độ trung bình của cáp không tải;
η – Hiệu suất truyền động của bộ phận thủy lực.
Để cho hệ thống dây cáp chạy được khi không tải, phải thỏa mãn điều kiện
sau:
Zkot ≥ Fcot

(2.9)

Với Fcot là lực cản chuyển động của hệ thống cáp trong trạng thái không có
tải.
Lực cản chuyển động của hệ thống cáp trong trạng thải không tải bao
gồm lực cản chuyển động trong ổ trục của trống tời, lực cản cứng của dây cáp
khi ra khỏi trống tời, lực cản ma sát do các đoạn cáp bị lết đất… Dựa vào sơ
đồ công nghệ khi vận xuất gỗ bằng tời trên máy kéo, xác định được lực cản
Fcot theo công thức sau:
Qcμc
Fcot 

dc
 Zo  qcβcfc
Dc
ηKr

Trong đó:

Qc - Trọng lượng của trống tời và lượng cáp cuốn trên nó;
µc – Hệ số ma sát trong ổ trục của trống tời;
dc – Đường kính trục của trống tời;

(2.10)


15

Dc – Đường kính trống tời;
Zo – Lực căng ban đầu cần thiết để khắc phục cản cứng của dây cáp khi tời và
phanh hãm;
qc – Trọng lượng một mét cáp;
bc – Hệ số tính đến phần cáp bị lết đất;
fc – Hệ số ma sát giữa cáp và đất;
Khi có tải, để cho hệ thống cáp hoạt động, lực kéo tiếp tuyến trên trục
trống tời sinh ra phải thắng được lực cản chuyển động của hệ thống giống
như ở trạng thái không tải mà còn thêm lực cản chuyển động của tải khi
chạy trên dốc.
Công suất của động cơ khi kéo hệ thống dây cáp trong trạng thái có tải
được xác định theo công thức:
Nt 

Zt .vt
1000η

(2.11)

Trong đó:
Zt – Lực kéo tiếp tuyến cần thiết tại trục của động cơ để cho hệ thống cáp

chạy được khi có tải;
vt – Tốc độ trung bình của cáp khi có tải.
Điều kiện để cho hệ thống tời cáp hoạt động được
Z t  Fct

(2.12)

Trong đó Fct – Lực cản chuyển động của tời cáp khi có tải
dc


 Q pμ p Dc  Zo  q c l cβc f c Qcosf  sin 
dc
Fct  

 Zo
  Qc c
K
K
ηr 1000η
ηr
Dc





Trong đó:
Q – Tải trọng chuyến danh nghĩa;
 – Độ dốc của địa hình;

(2.13)


16

fγ– Hệ số ma sát giữa gỗ và đất.
Thay các công thức (2.13), (2.12), (2.11), (2.10) vào (2.9), (2.8) và (2.7) ta
được:
dc


Q
μ
 Zo  q cl'cβ'cf c'  Z'o 
c
c

Dc
 vot t ot
W 
ηKr1000η




dc


 Z  q l β f Qcμ c D  Zo 

c
 v t .tt  No t1  t 2 
 o K c c c c 
η
1000η
1000η
 r




(2.14)

Trong công thức (2.6), nếu thời gian tính là 1 giờ thì (M) chính là năng
suất giờ. Chi phí năng lượng riêng có thể viết dưới dạng:
dc


'
 Qcμ c D  Zo  q clcβcf c
Zo  vot t ot
c

Nr  

ηKr1000η
1000η  Nsgiò




dc


 Z  q l β f Qcμ c D  Zo  v .t N t  t 
c
 t giòt  o 1giò 2
 o K c c c c 
1000η
Ns
 ηr 1000η
 Ns



(2.15)

2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng
Công thức (2.15) cho thấy có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chi phí
năng lượng riêng và cũng cho thấy rằng những yếu tố nào ảnh hưởng đến
năng suất (Ng) thì cũng ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng (Nr). Để tiện
cho việc phân tích, đánh giá các yếu tố này cũng được chia thành bốn nhóm:
+ Nhóm 1: Các yếu tố thuộc về công tác tổ chức sản xuất:  , 1 .
+ Nhóm 2: Các yếu tố thuộc về công nghệ sản xuất: Ltb, a, b.
+ Nhóm 3: Các yếu tố thuộc về điều kiện sản xuất: fq, fc, q, g.
+ Nhóm 4: Các yếu tố thuộc về thiết bị: qc, Q, vot, vt, h, rK …


17

2.5. Nhận xét

Qua phân tích đánh giá ở trên, thấy rằng có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng
đến hai chỉ tiêu năng suất và chi phí năng lượng riêng. Tuy nhiên, mỗi một
yếu tố ảnh hưởng đến các chỉ tiêu ở mức độ khác nhau.
Để tính toán cụ thể nhằm tìm ra các giá trị tối ưu để đạt được năng suất
cao nhất, chi phí năng lượng riêng thấp nhất bằng công thức lý thuyết là bài
toán hết sức phức tạp và khối lượng công việc rất lớn. Vì vậy, cần thiết phải
chọn được phương pháp nghiên cứu phù hợp mà vẫn đảm bảo được độ tin cậy
của kết quả.


18

Chương 3
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là tời dung lượng cáp lớn lắp sau máy
kéo xích, để vận xuất gỗ rừng tự nhiên do đề tài cấp Bộ đã thiết kế và chế tạo.
3.1.1. Thiết bị vận xuất gỗ rừng tự nhiên do đề tài cấp bộ thiết kế và chế tạo
Thiết bị vận xuất gỗ rừng tự nhiên do đề tài cấp bộ thiết kế và chế tạo
bao gồm có:
Máy kéo cơ sở được chọn là máy kéo xích DT – 75. Loại máy này đang
được sử dụng trong làm đường, san ủi mặt bằng.
Trang bị chuyên dùng gồm có: Tời và hệ thống treo ngoạm gỗ.
3.1.1.1. Sơ đồ cấu tạo, nguyên lý hoạt động của thiết bị vận xuất gỗ rừng tự
nhiên

* Sơ đồ cấu tạo của thiết bị vận xuất gỗ rừng tự nhiên mà đề tài cấp bộ đã
thiết kế và chế tạo

12

Hình 3.1. Sơ đồ cấu tạo của thiết bị vận xuất gỗ rừng tự nhiên


19

1. Máy kéo cơ sở; 2. Khung chính; 3. Hộp giảm tốc; 4. Động cơ thuỷ lực;
5. Cần treo ngoạm; 6. Khớp nối; 7. Khung ngoạm; 8. Càng ngoạm;
9. Xy lanh nâng hạ cần; 10. Rulô đỡ cáp; 11. Khung đỡ cần; 12 trống tời.
* Nguyên lý hoạt động
Thiết bị làm việc như sau: Máy kéo đỗ trên đường vận xuất, dùng tời
kéo các cây, khúc gỗ từ nơi chặt hạ đến đường vận xuất bằng phương pháp
kéo lết; sau đó sử dụng càng ngoạm kẹp chặt một đầu gỗ và nâng lên một độ
cao nhất định. Điều khiển máy kéo di chuyển khúc, cây gỗ về bãi I theo
phương pháp kéo nửa lết.
3.1.1.2. Một số thông số kỹ thuật chính của máy kéo cơ sở
Bảng 3.1. Một số thông số kỹ thuật cơ bản của máy kéo cơ sở
Mã hiệu máy kéo

DT - 75

DT - 75 có thùng
nhiên liệu đặt bên

Kích thước máy kéo, mm
Rộng

1740

1890

Cao

2333

2650

Dài ( có cơ cấu treo)

4675

4670

Khối lượng máy kéo, kg

6050

6960

Tốc độ di chuyển (km/h)

ĐC SMD - 14 NG

ĐC SMD - 14

Số truyền 1

5,45

5,15

Số truyền 2

6,08

5,74

Số truyền 3

6,77

6,39

Số truyền 4

7,52

7,10

Số truyền 5

8,37

7,90

Số truyền 6

9,32

8,79

Số truyền 7

11,60

10,05

Số lùi

4,67

4,41

Với bộ phận tăng mô men quay


20

Số truyền 1

4,5

4,12

Số truyền 2

5,0

4,59

Số lùi

3,7

3,53

Với hộp giảm tốc đảo chiều

Tiến

Lùi

Số truyền 1

3,26

4,05

Số truyền 2

3,64

4,52

Số truyền 3

4,05

5,03

Số truyền 4

4,50

5,54

Số truyền 5

5,01

6,23

Số truyền 6

5,57

6,94

Số truyền 7

6,88

8,54

Lực kéo khi làm việc ở công suất
danh định của động cơ, KG
Số truyền 1
Số truyền 2
Số truyền 3
Số truyền 4

Số truyền 5
Số truyền 6
Số truyền 7

3000
2620
2300
2020
1710
1490
1110

Động cơ chính
Mã hiệu

SMD 14 NG

SDM - 14

Phương pháp tạo thành hỗn hợp

Phun trực tiếp

Buồng xoáy

Công suất ở số vòng quay danh
định. (mã lực)

90

85

Công suất hữu hiệu, mã lực

85

80

1800

1700

4

4

Số vòng quay danh định (v/ph)
Số xi lanh
Đường kính xi lanh (mm)

120

Hành trình Piston, (mm)

140


21

Dung tích làm việc của xi lanh, lít

6,33

Tỷ số nén

17

Suất tiêu hao nhiên liệu (g/mã
lực.h)

185

190

Hệ thống truyền lực
Bộ ly hợp chính

Khô, 2 đĩa luôn đóng

Truyền lực các đăng

Trục với bạc đàn hồi

Hộp số
Cơ cấu chuyển hướng
Phanh dừng
Truyền lực cuối cùng
Trục thu công suất

Cơ học 7 cấp

2 bộ phận giảm tốc hành tinh với phanh dải
2 phanh dải
Cặp bánh răng trụ
(568 vòng/phút) theo chiều kim đồng hồ

3.1.2. Tời dung lượng cáp lớn lắp trên thiết bị vận xuất gỗ
Tời được lắp sau máy kéo được bố trí vững chắc trên hệ khung đỡ cùng
với bộ phận càng ngoạm kẹp gỗ. Động lực để truyền chuyển động quay cho
tời là một động cơ thuỷ lực. Dầu thuỷ lực có áp lực lớn dẫn đến động cơ thuỷ
được tạo ra nhờ một bơm thuỷ lực được lắp ở đầu của trục thu công suất của
máy kéo.
3.1.2.1. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tời lắp trên thiết bị vận xuất
* Sơ đồ cấu tạo của tời được trình bày trên hình vẽ 3.2.


22

Hình 3.2. Tời dung lượng cáp lớn dẫn động thuỷ lực
Chú thích:
1.Động cơ thuỷ lực; 2. Khớp nối; 3. Hộp giảm tốc; 4. Trống tời; 5. Phanh
hãm.
* Nguyên lý làm việc của tời
Khi ta di chuyển máy kéo tới vị trí cần gom gỗ, động lực từ trục thu
công suất của máy kéo xích được truyền tới hệ thống dẫn động nối với bơm
dầu thuỷ lực, dầu thuỷ lực có áp lực cao được dẫn tới hệ thống van phân phối
thuỷ lực, từ hệ thống van phân phối được nối tới động cơ thuỷ lực nhờ các
ống dẫn cao áp làm cho động cơ thuỷ lực chuyển động quay. Mômen quay từ
động cơ thuỷ lực thông qua khớp nối và hộp giảm tốc truyền tới trục trống tời
làm cho trống tời quay, tuỳ vào chiều quay của tời (có thể quấn cáp hoặc nhả
cáp mà ta có thể điều chỉnh van phân phối thuỷ lực).

3.1.2.2. Một số thông số kỹ thuật chính của tời
* Thông số kỹ thuật của động cơ thuỷ lực
+ Động cơ piston hướng trục, mã hiệu: GLT – GLT 400.


23

+ Mô men quay: 1080 Nm (9558 in-lbs)
+ Tốc độ 305 (vòng/phút)
+ Nhiệt độ làm việc: -22 - 194 (F)
+ Lưu lượng riêng 441 (cc/vòng)
+ Công suất 40,21 (mã lực)
* Thông số kỹ thuật của trống tời
+ Đường kính trống tời Dt= 224mm
+ Đường kính dây cáp Dc = 14mm
+ Số lớp cáp Z= 5
+ Chiều dài làm việc của trống tời L = 450mm
+ Chiều dày thành trống W= 10mm
+ Đường kính ngoài của trống tời Dn = 322mm

Hình 3.3. Kết cấu trống tời
3.1.3. Giới hạn nghiên cứu
Do thời gian và điều kiện thực hiện có hạn cho nên đề tài chỉ tập trung
vào nghiên cứu sự ảnh hưởng của 2 yếu tố quan trọng nhất đến năng suất và