Ứng dụng solidworks và cosmos motion trong việc mô phỏng máy khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo bông sen 8

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

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

NGUYỄN THỊ THO

ỨNG DỤNG SOLIDWORKS VÀ COSMOS MOTION
TRONG VIỆC MÔ PHỎNG MÁY KHOAN HỐ TRỒNG CÂY LẮP
SAU MÁY KÉO BÔNG SEN 8

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

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

Nguyễn Thị Tho

ỨNG DỤNG SOLIDWORKS VÀ COSMOS MOTION
TRONG VIỆC MÔ PHỎNG MÁY KHOAN HỐ TRỒNG CÂY LẮP
SAU MÁY KÉO BÔNG SEN 8

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá nông - lâm nghiệp
Mã số: 60.52.14

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. Nguyễn Nhật Chiêu

Hà Nội, 2010


i

LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian hoàn thành luận văn tôi đã nhận được sự quan
tâm, giúp đỡ của nhiều tập thể và cá nhân. Nhân dịp này cho phép tôi được
bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn khoa học
PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu đã dành nhiều thời gian chỉ bảo tận tình và cung
cấp nhiều tài liệu có giá trị cho tôi thực hiện luận văn tốt nghiệp của mình.
Tôi trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu cùng cán bộ giáo viên, công nhân
viên chức Trường Đại học Lâm Nghiệp và các thầy cô giáo, các nhà khoa
học ngoài trường đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn
thành nhiệm vụ;
Tôi trân trọng cảm ơn Trung tâm thực nghiệm khoa Cơ điện và công
trình, cùng các đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ, đóng góp những ý
kiến bổ ích và cung cấp những tài liệu quan trọng để tôi có thể hoàn thành
luận văn này.
Xin trân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp đã động viên và giúp đỡ tôi
hoàn thành luận văn này.
Cuối cùng, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Bố, Mẹ cùng

gia đình đã thường xuyên quan tâm, động viên, tạo mọi điều kiện tốt nhất về
tinh thần cũng như vật chất cho tôi trong suốt thời gian vừa qua.
Tôi xin cam đoan số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và
chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Những nội dung
tham khảo, trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Xin trân trọng cảm ơn!


ii

MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cảm ơn ...................................................................................................................... i
Mục lục............................................................................................................................ii
Danh mục các hình ........................................................................................................iv
ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................................. i
Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU................................................. 3
1.1. Tổng quan về công nghệ và thiết bị để tạo hố trồng cây. ...................... 3
1.1.1 Công nghệ và thiết bị tạo hố trồng cây trên thế giới. ...................... 3
1.1.2. Công nghệ và thiết bị tạo hố trồng cây ở Việt Nam........................ 6
1.2. Máy khoan hố trồng cây với dẫn động cơ khí lắp trên máy kéo Bông
sen - 8 .......................................................................................................... 10
1.3. Các phần mềm ứng dụng trong thiết kế, mô phỏng máy. .................... 12
Chương 2: MỤC TIÊU ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NỘI DUNG .............................18
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.......................................................................18
2.1. Mục tiêu................................................................................................ 18
2.2. Đối tượng nghiên cứu .......................................................................... 18
2.3. Phạm vi nghiên cứu .............................................................................. 20
2.4. Nội dung và phương pháp nghiên cứu ................................................. 20

Chương 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH 3D MÁY KHOAN HỐ TRỒNG CÂY VỚI
DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ LẮP TRÊN MÁY KÉO BÔNG SEN 8..............................21
3.1. Xây dựng mô hình 3D các bộ phận chính của máy kéo Bông sen - 8 . 21
3.1.1. Mô hình 3D các chi tiết cụm đầu máy. ......................................... 21
3.1.2. Xây dựng mô hình 3D của cụm hộp số và khung đỡ đầu máy ...... 23
3.2. Xây dựng mô hình 3D của cụm puly vấu. ........................................... 26
3.3. Xây dựng mô hình 3D hộp giảm tốc. ................................................... 30
3.4. Mô hình 3D các chi tiết khác của máy khoan hố. ................................ 35


iii

3.5. Mô hình 3D các chi tiết của cụm bánh trước. ...................................... 37
Chưong 4: LẮP RÁP VÀ MÔ PHỎNG MÁY KHOAN HỐ TRỒNG CÂY........39
4.1. Lắp ráp máy khoan hố trồng cây. ......................................................... 39
4.2. Mô phỏng động máy khoan hố trồng cây. ........................................... 43
4.2.1. Phương pháp mô phỏng máy bằng Cosmos Motion. .................... 43
4.2.2. Xây dựng mô hình mô phỏng máy khoan hố trồng cây bằng
Cosmos Motion........................................................................................ 44
4.3. Khảo sát ứng suất biến dạng một số chi tiết của máy khoan hố trồng cây. 46
Chương 5: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ...........................................................52
5.1. Mục đích nghiên cứu thực nghiệm. ..................................................... 52
5.2. Đối tượng nghiên cứu thực nghiệm. ................................................... 52
5.3.Các thông số cần đo và thiết bị đo. ....................................................... 52
5.4. Tiến hành thực nghiệm......................................................................... 54
5.5. Xử lý kết quả thực nghiệm. .................................................................. 56
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ............................................................................57
Kết luận ...................................................................................................... 57
Khuyến nghị: .............................................................................................. 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC


iv

DANH MỤC CÁC HÌNH
STT Tên hình

Trang

1.1

Máy khoan hố một người điều khiển

4

1.2

Máy khoan hố lắp sau máy kéo được dẫn động từ trục thu công suất

4

1.3

Máy khoan hố hai người khiêng

5

1.4

Một số loại lưỡi khoan hố trồng cây thông dụng

6

1.5

Máy khoan hố ES – 35B

7

1.6

Máy khoan hố trồng cây với dẫn động cơ khí

11

2.1

Máy khoan hố trồng cây với dẫn động cơ khí.

18

2.2

Cụm puly vấu

19

3.1

Cụm đầu máy của máy kéo Bông Sen - 8.

23

3.2

Cụm khung đỡ đầu máy.

24

3.3

Cụm hộp số.

24

3.4

Cấu trúc các chi tiết còn lại của máy kéo

25

3.5

Mô hình 3D máy kéo Bông Sen - 8

26

3.6

Đầu trục thu công suất

26

3.7

Mặt bích đầu trục

27

3.8

Đầu nối trục

27

3.9

Bạc trượt

27

3.10 Bánh đai nhỏ

28

3.11 Vấu

28

3.12 Tải tất cả các chi tiết vào môi trường lắp ráp

29

3.13 Cụm puly vấu

29

3.14 Bánh răng côn lớn

30

3.15 Bánh răng côn nhỏ

31

3.16 Moayơ bánh côn lớn

31

3.17 Trục then hoa

32


v

3.18 Thân đỡ trục vào

32

3.19 Trục bánh côn nhỏ

33

3.20 Vỏ hộp giảm tốc

33

3.21 Giá đỡ hộp giảm tốc

34

3.22 Tải tất cả các chi tiết vào môi trường lắp ráp

34

3.23 Mô hình 3D hộp giảm tốc bánh răng côn sau khi lắp ráp

35

3.24 Khung đỡ hộp giảm tốc

36

3.25 Giá chốt

36

3.26 Tay đòn

36

3.27 Mũi khoan

37

3.28 Cụm bánh trước

38

4.1

Mô hình 3D máy khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo Bông Sen - 8.

40

4.2

Mô phỏng tháo lắp các chi tiết của máy khoan

41

4.3

Mô phỏng lắp ráp cụm puly vấu.

42

4.4

Mô hình mô phỏng bộ phận dẫn động cho mũi khoan hố.

46

4.5

Mô hình lưỡi khoan để mô phỏng ứng suất, biến dạng.

49

4.6

Kết quả mô phỏng ứng suất

50

4.7

Kết quả mô phỏng biến dạng của lưỡi khoan

51

5.1

Bố trí tenzô điện trở trên trục mũi khoan

52

5.2

Sơ đồ cầu đủ điện trở

53

5.3

Nối cầu đo với cụm phát của bộ thu phát không dây

53

5.4

Spider 8 và bộ thu phát không dây

54

5.5

Kết nối các thiết bị đo

54

5.6

Khâu đo mô men xoắn trục mũi khoan dạng khung

55

5.7

Tiến hành thực nghệm

55

5.8

Kết quả đo mômen xoắn trên trục mũi khoan

56


1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay rừng tự nhiên ở nước ta còn lại rất ít, đất trống đồi núi trọc
còn chiếm diện tích khá lớn. Việc khôi phục và trồng rừng, phủ xanh đất
trống đồi núi trọc là nhiệm vụ quan trọng của ngành Lâm nghiệp.
Trong việc trồng và chăm sóc rừng, khâu đào hố trồng cây là khâu công
việc nặng nhọc tốn nhiều công sức. Để nâng cao năng suất, cải thiện điều kiện
làm việc cho người lao động, đẩy nhanh tốc độ trồng rừng phủ xanh đất trống
đồi núi trọc cần phải nghiên cứu, áp dụng những công cụ cơ giới hoá phù hợp
cho các khâu này.
Ở Việt Nam, đề tài trọng điểm cấp Bộ: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo và
thử nghiệm thiết bị chuyên dùng lắp với nguồn động lực cỡ nhỏ để đào hố
trồng cây, phát thực bì phục vụ trồng và chăm sóc rừng” đã thiết kế, chế tạo
và thử nghiệm thành công máy khoan hố trồng cây với dẫn động cơ khí lắp
trên máy kéo Bông sen - 8 để khoan hố trồng cây trên địa hình thoải. Để chế
tạo mẫu máy này nếu bản vẽ thiết kế là các bản vẽ AutoCAD 2D cần nhiều
công kỹ thuật trong việc giám sát, hướng dẫn. Trong chuyển giao công nghệ

cần hướng dẫn cho công nhân, nông dân về cấu tạo, nguyên lý hoạt động,
tháo, lắp, sử dụng và sửa chữa. Điều này cũng khó khăn nếu dùng các bản vẽ
AutoCAD 2D. Mặt khác, máy được thiết kế theo phương pháp sức bền vật
liệu với việc chọn hệ số an toàn cao. Do đó cũng có thể dẫn đến một số chi
tiết thừa hoặc chưa đảm bảo bền. Để có các bản vẽ 3D dễ hiểu, trình diễn việc
tháo lắp và mô phỏng chuyển động, đồng thời phân tích ứng suất biến dạng
phục vụ cho việc chế tạo, hoàn thiện và chuyển giao phục vụ sản xuất, tôi tiến
hành đề tài: "Ứng dụng Solidworks và Cosmos Motion trong việc mô phỏng
máy khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo Bông sen 8”.


2

Ý nghĩa khoa học của đề tài.
Xây dựng mô hình 3D của máy khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo
Bông Sen - 8 bằng Solidworks; ứng dụng Cosmos Motion trong việc mô
phỏng động, mô phỏng tháo, lắp máy khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo
Bông Sen – 8; phân tích ứng suất, biến dạng một số chi tiết của máy này.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài.
Kết quả nghiên cứu của đề tài phục vụ cho việc chế tạo, chuyển giao
công nghệ máy khoan hố trồng cây và hoàn thiện mẫu máy theo hướng giảm
trọng lượng, đảm bảo độ bền cho các chi tiết.


3

Chương 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về công nghệ và thiết bị để tạo hố trồng cây.
1.1.1 Công nghệ và thiết bị tạo hố trồng cây trên thế giới.

Muốn cơ giới hoá khâu làm đất trồng rừng người ta phải xét đến yêu cầu
kỹ thuật về đất trồng rừng và điều kiện kinh tế cụ thể. Một trong những yêu cầu
làm đất trồng rừng là đất phải tơi xốp để cho cây phát triển, có khả năng giữ
nước và bảo vệ đất, chống xói mòn duy trì độ phì trong đất. Từ những yêu cầu
đó mà vấn đề làm đất, đào hố trồng cây cần có các yêu cầu kỹ thuật chặt chẽ phụ
thuộc vào từng loại đất, từng loại địa hình, loại cây khác nhau.
Việc tạo đào hố trồng cây có rất nhiều hình thức phong phú. Hiện nay
trên thế giới có nhiều loại máy đào hố trồng cây có kích cỡ khác nhau. Đa số
các loại máy này đều làm việc trên nguyên tắc máy khoan hố: chuyển động
quay tròn của mũi khoan thực hiện nhờ dẫn động từ trục động cơ đốt trong
hoặc từ trục thu công suất của máy kéo qua các bộ phận truyền lực. Chuyển
động lên xuống của mũi khoan được thực hiện nhờ hệ thống thuỷ lực của máy
kéo hoặc dùng chính lực của tay người điều khiển cộng với trọng lượng của
bản thân máy khoan.
Các nước: Nhật, Mỹ, Úc,… người ta đã sử dụng rộng rãi các loại máy
khoan hố trồng cây cầm tay và máy khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo.
Gần đây các nước phát triển như: Nhật, Mỹ, Đức, Thuỵ Điển,… cũng
đã sản xuất nhiều loại máy khoan hố cầm tay một người điều khiển có kết cấu
gọn nhẹ. Tuy nhiên những máy này giá mua đắt, hơn nữa công suất nhỏ
không khoan được hố có kích thước yêu cầu, máy do người mang trên tay nên
người sử dụng nhanh mệt mỏi (hình 1.1).


4

Hình 1.1: Máy khoan hố một người điều khiển
Ở một số nước như: Đức, Nga, Tiệp, Canada,… đào hố trồng cây hay đào
hố để phục vụ vào các công việc khác người ta chủ yếu dùng máy khoan hố như:
ES - 35B(Đức), VINMAN, ES- 35G, BM - 45, MOTOROBOT, PK - 62….
Ở Nga đã có phát minh máy cuốc hố trồng cây lắy sau máy kéo, làm

việc theo nguyên lý dùng cơ cấu cam kết hợp với lò xo để tạo ra hố, tuy nhiên
mẫu máy này chưa được sản xuất hàng loạt và chưa thấy áp dụng rộng rãi.
Ở nhiều nước phát triển đã chế tạo các loại máy khoan hố trồng cây lắp
sau các loại máy kéo bánh hơi. Các loại máy kéo này có hai chuyển động là:
chuyển động quay và chuyển động lên xuống của mũi khoan. Chuyển động
quay của mũi khoan nhờ dẫn động cơ khí từ trục thu công suất phía sau của
máy kéo, qua truyền lực các đăng và qua hộp giảm tốc bánh răng côn hoặc
trục vít. Chuyển động lên xuống của lưỡi khoan được thực hiện nhờ hệ thống
treo phía sau máy kéo với dẫn động thuỷ lực (hình 1.2

Hình 1.2: Máy khoan hố lắp sau máy kéo được dẫn động từ trục thu công suất


5

Công việc đào hố không chỉ phục vụ cho việc trồng cây mà còn phục
vụ cho rất nhiều việc khác như: đào hố để đưa phân bón vào rễ gốc cây làm
cho hiệu quả phân bón tăng 200% so với công việc bón phân trên mặt đất.
Khoan hố để chôn cọc nhà tạm, nhà du lịch trong các trang trại nông - lâm
nghiệp hay khu du lịch. Các công việc này thường dùng lưỡi khoan xoắn hoặc
lưỡi khoan cánh nâng, khoan hố sâu từ 50 cm đến 100cm đưa đất ra ngoài hố
khoan, tạo điều kiện thuận lợi cho việc chôn cọc hay cột. Công việc khoan hố
còn được áp dụng trong việc thăm dò sơ bộ nền đất xây dựng đường lâm
nghiệp. Việc trồng cây trên các công viên, bờ đường hè phố thường trồng các
cây to vị trí hố chính xác, điều kiện địa hình thuận lợi người ta dùng mũi
khoan xoắn ốc hay mũi khoan dạng thìa để khoan, mũi khoan có đường kính
khoảng 40cm đến 100cm có khả năng khoan với độ sâu từ 50cm đến 120cm,
có nhiều trường hợp phải kết hợp với đào thủ công bằng cuốc, xẻng,…. Đối
với việc trồng cây lâm nghiệp thường là trồng cây nhỏ, khối lượng trồng lớn
với những điạ hình phức tạp có nhiều cây thực bì người ta khoan hố chủ yếu

bằng lưỡi khoan dạng khung, lắp trên máy khoan hai người khiêng (hình 1.3).
Công việc đào hố bằng thủ công (cuốc chuyên dùng) cũng được người ta áp
dụng ở những địa hình đặc biệt khó khăn.

Hình 1.3. Máy khoan hố hai người khiêng


6

Bộ phận làm việc của máy khoan hố là mũi khoan. Hiện nay có khoảng
hơn 10 loại lưỡi khoan hố được sử dụng cho nhiều loại đất khác nhau. Hình
1.4: giới thiệu một số loại lưỡi khoan thông dụng.

a

b

c

Hình 1.4: Một số loại lưỡi khoan hố trồng cây thông dụng
a,b: lưỡi khoan hình xoắn ốc; c: lưỡi khoan dạng khung
1.1.2. Công nghệ và thiết bị tạo hố trồng cây ở Việt Nam.
Ở nước ta hiện nay việc đào hố trồng cây chủ yếu bằng công cụ thủ
công, người lao động phải làm việc trong điều kiện cực kỳ nặng nhọc, năng
suất lao động thấp. Vì vậy việc áp dụng cơ giới hoá vào sản xuất lâm nghiệp,
tạo ra và sử dụng các loại đào hố trồng cây là việc làm hết sức cần thiết.
Để đào hố bằng thủ công người ta dùng cuốc, thuổng, mai,…. Đất sau
khi thu dọn, làm sạch thực bì, san ủi,…. người công nhân dùng cuốc, thuổng,
mai đào hố, tạo thành hố để trồng cây.
Đất rừng nước ta có nhiều nơi có địa hình chia cắt, hiểm trở, độ dốc

lớn. Tuy nhiên, ở nhiều nơi đất trống đồi trọc lại phân bố trên địa hình thoải
với diện tích đất lớn (như ở Tây Nguyên, Tây Bắc, và nhiều nơi ở các tỉnh
Trung du miền núi phía Bắc,…); ở đây hoàn toàn có thể áp dụng những công
cụ cơ giới hoá cho việc đào hố trồng cây. Việc tận dụng những nguồn động
lực có sẵn trong nước, tạo thêm những thiết bị chuyên dùng lắp với chúng để


7

cơ giới hoá các khâu sản xuất lâm nghiệp trước hết khâu đào hố trồng cây là
hướng đi thích hợp.
Vào những năm 1960-1980 nước ta đã nhập rất nhiều loại máy khoan
hố trồng cây cầm tay hai người khiêng loại ES - 35B (hình 1.5) do Đức chế
tạo, loại máy này mômen quay được truyền từ trục động cơ qua côn ly tâm,
qua bộ truyền bánh răng nón, qua khớp nối trục, qua hộp giảm tốc đến mũi
khoan. Hành trình lên xuống của mũi khoan là nhờ lực ấn tay người điều
khiển cộng với trọng lượng bản thân máy. Loại máy này trong những năm
1960 - 1970 đã được sử dụng ở nhiều vùng để đào hố trồng cây. Tuy nhiên
máy này còn có một số nhược điểm là trọng lượng máy nặng, khi khoan máy
rung động, khi lưỡi khoan ăn vào đất tạo ra momen phản kháng tác động lên tay
hai người điều khiển, người sử dụng rất mệt nhọc. Hơn nữa, lưỡi khoan có kết
cấu chưa phù hợp với đất Việt Nam, lực ấn lớn, sau khi khoan thành hố bị miết,
ảnh hưởng đến sinh trưởng của cây trồng. Ngoài ra việc khởi động máy còn
nặng nề, một số bộ phận dễ hư hỏng trong khi không có phụ tùng thay thế. Vì
vậy cho đến nay loại máy này hầu như không còn được sử dụng ở nước ta

Hình 1.5: Máy khoan hố ES – 35B


8

Năm 1970 theo chương trình hợp tác với Thuỵ Điển chúng ta đã nhập
vào một số công cụ tạo hố trồng cây bán cơ giới. Nguyên tắc làm việc của
công cụ này hoàn toàn bằng dẫn động cơ khí, dùng lực chân người công nhân
ấn hai má ghép ngập sâu vào trong đất từ 15cm đến 20cm rồi xoay chốt làm
hai má ghép tách ra ép chặt đất sang hai bên tạo nên hố trồng cây. Loại máy
này chỉ được áp dụng hạn chế ở nơi đất tơi xốp và trồng cây có bầu nhỏ.
Sau khi đất nước ta thống nhất năm 1976 một số lâm, nông trường ở
miền Nam đã áp dụng một số thiết bị lắp sau máy kéo để khoan hố trồng cây
đạt hiệu quả rất cao.
Ở vùng Tây Nguyên, người ta đã sử dụng một số máy khoan hố trồng
cây lắp sau máy kéo bánh hơi như MTZ - 50, UTB để đào hố trồng cây cao su
và cây cà phê. Những máy kéo này là những máy kéo bánh hơi nông nghiệp
có công suất tương đối lớn, trong khi đó máy khoan hố chỉ cần sử dụng một
phần nhỏ công suất, khi khoan hố không sử dụng hết công suất của máy kéo.
Để sử dụng có hiệu quả các loại máy khoan hố trồng cây đã nhập vào
nước ta, tăng cường cơ giới hoá khâu làm đất lâm nghiệp, để đáp ứng được
nhu cầu đào hố trồng cây từ trước đến nay đã có một số tác giả nghiên cứu về
máy khoan hố và cải tiến các loại lưỡi khoan hố trồng cây.
Từ những năm 1970 khoa Cơ giới trồng rừng (nay thuộc Viện Khoa
học Lâm nghiệp Việt Nam) đã nghiên cứu cải tiến máy khoan hố trồng cây
ES - 35B: Nghiên cứu cải tiến hộp khởi động máy tạo thuận lợi dễ khởi động
cho máy khoan hố trồng cây đã đạt được những kết quả tốt; Cải tiến lưỡi
khoan dạng xoắn ốc mục đích làm giảm trọng lượng của mũi khoan mà vẫn
đảm bảo được chất lượng khoan hố trồng cây; Cải tiến ống xả, cải tiến lưỡi
khoan ruột gà, cải tiến lưỡi khoan dạng khung cho phù hợp hơn với điều kiện
Việt Nam.


9

Năm 1998 nhóm sinh viên nghiên cứu khoa học K41, khoa Công
nghiệp và phát triển nông thôn trường Đại học Lâm nghiệp đã nghiên cứu:”Sự
ảnh hưởng của tải trọng ấn khi khoan và độ cứng của đất tới mômen cản của
đầu trục máy khoan” [1].
Ở Trường Đại học Lâm nghiệp, năm 2002 thạc sỹ Hoàng Hữu Đao đã
thực hiện đề tài: "Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số hình học của lưỡi
khoan đến tiêu hao công suất và độ nén chặt của thành hố" đã xác định được
một số thông số tối ưu của lưỡi khoan dạng khung [5]. Tác giả đã xác định
được: Ảnh hưởng của các thông số hình học của lưỡi khoan đến tiêu hao công
suất và độ nén chặt của thành hố; xây dựng được mô hình hồi quy thực
nghiệm xác định ảnh hưởng của các thông số cấu tạo chính như góc sau  ,
góc mài  , và độ tù  của lưỡi khoan dạng khung tới mômen cản tác dụng lên
trục khoan và do đó ảnh hưởng tới tiêu hao công suất khi khoan hố trồng cây;
xây dựng được mô hình hồi quy thực nghiệm xác định ảnh hưởng của các
thông số cấu tạo chính như góc sau  , góc mài  , và độ tù  của lưỡi khoan
dạng khung tới độ nén chặt đất trên thành hố khoan.
Cũng ở trường Đại học Lâm nghiệp trong những năm qua một số sinh
viên làm khoá luận tốt nghiệp đã nghiên cứu và thiết kế nhiều kiểu máy khoan
hố trồng cây lắp sau máy kéo cỡ nhỏ bốn bánh và hai bánh.
Năm 2002, kỹ sư Nguyễn Hồng Quang, đã thực hiện đề tài thiết kế máy
khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo Bông sen – 8 [20].
Năm 2003, kỹ sư Đinh Thị Thu Hà, đã thực hiện đề tài thiết kế máy
khoan hố trồng cây với dẫn động thuỷ lực lắp sau máy kéo Bông sen – 20[6].
Năm 2003, kỹ sư Nguyễn Thị Diện, đã thực hiện đề tài thiết kế máy
cuốc hố trồng cây lắp sau máy kéo Bông Sen – 20 [4].
Năm 2004, kỹ sư Vương Văn Minh, đã thực hiện đề tài thiết kế bộ phận
điều khiển tự động máy khoan hố trồng cây dẫn động thuỷ lực 180 [17].

10

Năm 2005, kỹ sư Lưu Thị Thuỳ Linh, đã thực hiện đề tài thiết kế máy
khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo Shibaura [16].
Những đề tài trên là những nghiên cứu lý thuyết mang tính thăm dò chứ
chưa thể chế tạo và đưa vào sản xuất.
Năm 2005 đề tài trọng điểm cấp Bộ: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo và
thử nghiệm thiết bị chuyên dùng lắp với nguồn động lực cỡ nhỏ để đào hố
trồng cây, phát thực bì phục vụ trồng và chăm sóc rừng” do PGS.TS Nguyễn
Nhật Chiêu chủ trì đã thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thành công máy khoan
hố trồng cây với dẫn động cơ khí lắp trên máy kéo Bông Sen - 8 để khoan hố
trồng cây trên địa hình thoải [3]. Kết quả đề tài đã: Xác định được mômen cản
và tiêu hao công suất trên trục máy khoan khi khoan hố trồng cây bằng hai
loại mũi khoan thông dụng (là mũi khoan dạng khung và mũi khoan xoắn ruột
gà) trên một số dạng đất rừng điển hình ở miền Bắc nước ta; đã thiết kế, chế
tạo và thử nghiệm thành công máy khoan hố trồng cây với dẫn động cơ khí
lắp trên máy kéo Bông Sen – 8 để khoan hố trồng cây trên địa hình thoải.
Năm 2006, PGS.TS. Nông Văn Vìn trong khi thực hiện đề tài cấp nhà
nước KC 07 - 26 đã thiết kế chế tạo và khảo nghiệm trong sản xuất máy
khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo Shibaura [21].
1.2. Máy khoan hố trồng cây với dẫn động cơ khí lắp trên máy kéo Bông sen - 8
Năm 2005, để tạo ra công cụ cơ giới hoá cho việc đào hố trồng cây,
nâng cao năng suất, giải phóng sức lao động thủ công nặng nhọc, mang lại
hiệu quả kinh tế. Đề tài cấp bộ do PGS.TS. Nguyễn Nhật Chiêu chủ trì đã
thành công trong việc nghiên cứu thiết kế chế tạo và thử nghiệm thiết bị
chuyên dùng lắp với nguồn động lực cỡ nhỏ để đào hố trồng cây, một trong
những sản phẩm của đề tài là máy khoan hố trồng cây với dẫn động cơ khí lắp
trên máy kéo Bông Sen – 8 (hình 1.6).

11

Hình 1.6: Máy khoan hố trồng cây với dẫn động cơ khí.
Máy kéo Bông Sen – 8 gồm hai phần chính là động cơ và hệ thống
truyền lực. Động cơ của máy kéo là động cơ Diezel R180 có số vòng quay
2400 vòng/phút, công suất 8 mã lực. Hệ thống truyền lực gồm bộ truyền dây
đai, côn ma sát, hộp số, ly hợp vấu chuyển hướng và cặp bánh chủ động.
Động cơ được lắp trên khung, khung lắp cứng vào hộp số của máy kéo.
Trong thực tế loại máy kéo này chủ yếu dùng trong nông nghiệp hầu
như chưa được áp dụng vào sản xuất lâm nghiệp vì chưa có những thiết bị
chuyên dùng. Để sử dụng máy kéo cỡ nhỏ cho sản xuất lâm nghiệp, cho trang
trại cần phải nghiên cứu chế tạo ra các thiết bị chuyên dùng lắp với chúng.
Với cấu tạo và đặc tính kỹ thuật nêu trên, máy kéo Bông Sen – 8 được chọn
làm nguồn động lực cho máy khoan hố trồng cây ở đề tài cấp bộ.


12

Máy khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo Bông Sen - 8 gồm các bộ
phận chính như: cụm puly vấu, bộ truyền đai, hộp giảm tốc bánh răng côn, giá
đỡ hộp giảm tốc, tay đòn, mũi khoan,…. Cụm puly vấu có kết cấu đặc biệt để
đàu trục thu công suất chỉ truyền mômen xoắn chứ không chịu lực ngang.
Truyền động cho mũi khoan được thực hiện từ trục thu công suất của máy kéo
qua cụm puly vấu qua bộ truyền đai, qua cặp bánh răng côn của hộp giảm tốc,
qua ống nối đến trục mũi khoan. Hộp giảm tốc bánh răng côn làm nhiệm vụ
truyền mômen xoắn từ trục nằm ngang sang trục thẳng đứng vuông góc với
mặt đất và tăng mômen quay.
1.3. Các phần mềm ứng dụng trong thiết kế, mô phỏng máy.
Hiện nay, việc mô hình hoá trên máy tính các kết cấu, chi tiết cơ khí,…
đang là một nhu cầu ngày càng tăng trong các lĩnh vực sản xuất cũng như

trong công tác đào tạo và nghiên cứu khoa học. Nhiều phần mềm nổi tiếng đã
ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu này. Tuy nhiên mỗi phần mềm đều có những
mặt mạnh riêng cũng như có những mặt hạn chế. Do đó nhiệm vụ của nhà
thiết kế là phải biết rõ và vận dụng được các ưu điểm của một phần mềm vào
trong công việc của mình.
Phần mềm AutoCAD.
Phần mềm AutoCAD là một trong những phần mềm phổ biến và được
nhiều người sử dụng trong các phần mềm trợ giúp thiết kế CAD[15]. Phần
mềm AutoCAD là phần mềm dùng thực hiện các bản vẽ kỹ thuật trong các
ngành: Xây dựng, Cơ khí, Kiến trúc, Điện, Bản đồ….AutoCAD là công cụ hỗ
trợ đắc lực cho các cán bộ kỹ thuật, kiến trúc sư, kỹ thuật viên, công nhân kỹ
thuật, hoạ viên,…hoàn thành các sản phẩm thiết kế của mình.
Sử dụng phần mềm AutoCAD chúng ta có thể vẽ thiết kế các bản vẽ hai
chiều 2D, thiết kế mô hình ba chiều 3D, tô bóng các vật thể. Phần mềm này có


13

các đặc điểm nổi bật là: Chính xác; năng suất cao nhờ các lệnh sao chép (thực
hiện bản vẽ nhanh); dễ dàng trao đổi giữ liệu với các phần mềm khác.
AutoCAD là một trong các phần mềm thiết kế sử dụng cho máy tính cá
nhân. Đây là phần mềm có tính chính xác cao, lưu trữ dữ liệu chính xác. Sử
dụng AutoCAD trao đổi dữ liệu bản vẽ với các đồng nghiệp, khách
hàng….Phần mềm AutoCAD tương thích với các phần cứng và phần mềm
phổ biến trên thị trường. Sự phát triển của phần mềm gắn với sự phát triển
nhanh chóng của ngành công nghệ thông tin.
Phần mềm Autodesk Inventor.
Phần mềm Autodesk Inventor đã thể hiện được các mặt mạnh của một
phần mềm CAD từ lĩnh vực mô hình hoá 3D đến việc xây dựng các bản vẽ kỹ
thuật [10].

Autodesk Inventor là một hệ thống thiết kế cơ khí 3D được xây dựng
với công nghệ thích nghi (adaptive technology) cùng với các khả năng mô
hình hoá khối rắn. Autodesk Inventor cung cấp các công cụ cần thiết để thực
hiện các dự án thiết kế, từ việc vẽ phác ban đầu cho đến việc hình thành các
bản vẽ kỹ thuật cuối cùng.
Phần mềm Autodesk Inventor gồm có các công cụ tạo mô hình 3D,
quản lý thông tin, làm việc nhóm và các hỗ trợ kỹ thuật. Với Autodesk
Inventor, ta có thể: Tạo các mô hình 3D và các bản vẽ 2D; tạo các chi tiết
thích nghi, các chi tiết và các bản vẽ lắp nhóm; quản lý hàng ngàn các chi tiết
và các mô hình lắp ghép lớn; sử dụng các ứng dụng third-party với chương
trình dao diện API (Application Program Interface); sử dụng VBA để truy cập
Autodesk Inventor API. Tạo các chương trình thực hiện các chức năng có tính
lặp. Từ thực đơn Help, chọn Programmer Help; nhập các file SAT, STEP,
AutoCAD, Autodesk Mechanical Desktop để dùng cho Autodesk Inventor.
Xuất các file Autodesk Inventor sang AutoCAD, Autodesk Mechanical


14

Desktop và các file IGES; Làm việc nhóm với nhiều thành viên thiết kế trong
quá trình xây dựng mô hình; Liên kết với các công cụ Wed để truy cập các
nguồn tài nguyên công nghiệp, dùng chung dữ liệu với các cộng sự; Autodesk
Inventor là một công cụ mô hình hoá các khối rắn dựa trên các đối tượng. Từ
đó các nhà thiết kế có thể tạo các mô hình cơ khí 3D.
Phần mềm Adams.
Adams (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems) là phần
mềm chuyên dùng trong việc mô phỏng động lực học cơ hệ nhiều vật [7]. Đặc
biệt Adams được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực động lực học xe máy, va
chạm, người máy, công nghệ vũ trụ… Chương trình này giúp người sử dụng
giải quyết các vấn đề nghiên cứu khoa học của mình mà không cần biết sâu về

các thuật toán sử dụng trong Adams. Adams cho phép nhập mô hình hình học
từ hầu hết các chương trình Cad, Adams sẽ chuyển dữ liệu từ các file này vào
các file dữ liệu chuẩn trong Adams. Ý nghĩa của việc nhập các mô hình cần
mô phỏng rất phức tạp, vì thế nếu xây dựng trực tiếp chúng trong Adams thì
sẽ mất rất nhiều thời gian vì đây không phải là phần mềm chuyên về Cad. Do
vậy đối với các mô hình phức tạp thường được xây dựng trên các phần mềm
chuyên dùng về Cad như Catia, ProEngineer,…. Sau khi xây dựng xong, mô
hình này được xuất ra các file có một trong các định dạng trên (Prasolid, igbs,
step hoặc dxf/dwg) và được nhập vào Adams để tiến hành các bước tiếp theo.
Thư viện rộng lớn về các khớp nối và ràng buộc có sẵn trong Adams cho phép
người sử dụng tạo được các khớp nối động học của cơ hệ. Khi mô hình đã
thiết lập xong, Adams kiểm tra mô hình và chạy mô phỏng bằng cách giải các
phương trình động lực học.


15

Phần mềm Ansys.
Ansys là một gói phần mềm phân tích phần tử hữu hạn hoàn chỉnh
dùng để mô phỏng, tính toán thiết kế trong công nghiệp [8]. Ansys đã và đang
được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới trong hầu hết các lĩnh vực kỹ thuật
như: kết cấu, nhiệt, điện từ, thuỷ khí, va chạm, âm thanh (tiếng ồn), tương tác
giữa các trường vật lý (ví dụ vừa điện vừa cơ khí trong piezo), và đặc biệt là
các chức năng nâng cao cho phép tối ưu hoá trong thiết kế. Một số điểm mạnh
của phần mềm này là: Ansys có khả năng giao tiếp với các phần mềm thiết kế
thông dụng hiện nay như Autocad, Solidworks,... cho phép tận dụng được
những điểm mạnh của các phần mềm này; Ansys cho phép nhập giá trị cho
các tham số dạng hàm và dạng bảng từ file, xuất dữ liệu kết quả ra file và khai
thác kết quả dưới nhiều hình thức khác nhau (biểu đồ, đồ thị, hoạt hình,v.v..);
Ansys cho phép lập trình bằng ngôn ngữ dạng Script, giúp mở rộng khả năng

linh hoạt trong thiết lập mô hình, điều kiện biên và khai thác kết quả tính
toán; Ansys có khả năng ghép nối song song nhiều máy tính (xử lý song song)
để tăng tốc độ tính toán gải quyết các bài toán phức tạp; Ansys – Multiphysics
là sản phẩm tổng quát nhất của Ansys, nó chứa tất cả các khả năng của Ansys
và bao trùm tất cả các lĩnh vực kỹ thuật.
Phần mềm Solidworks.
Trong nhóm các phần mềm tự động hoá thiết kế 3D [11], [12], [13], 14]
(trong không gian 3 chiều) phổ biến, phần mềm Solidworks đã và đang khẳng
định vị trí vững chắc dẫn đầu thế giới cho phép người sử dụng xây dựng mô
hình 3D cho các chi tiết, lắp ghép chúng thành một sản phẩm hoàn chỉnh,
kiểm tra động học, cung cấp thông tin về vật liệu,….Hơn thế nữa, tính mở và
tính tương thích của Solidworks cho phép nhiều phần mềm ứng dụng nổi
tiếng khác chạy trực tiếp trên môi trường của nó; Solidworks cũng kết xuất ra
các file dữ liệu định dạng chuẩn để người sử dụng có thể khai thác mô hình


16

trong môi trường các phần mềm phân tích khác. Ví dụ: các phần mềm phân
tích ANSYS, MSC, … có thể kiểm tra mô hình về phương diện ứng suất, biến
dạng, nhiệt; xác định tần số dao động riêng; mô phỏng tương tác của dòng
chảy khí (hoặc chất lỏng) với mô hình. Các phần mềm COSMOS,
ADAMS,… có thể kiểm tra các thông số động học hay động lực học của mô
hình, các phần mềm Z-Casting, Pro-Casting,… có thể mô phỏng quá trình đúc
sản phẩm. Đây là phần mềm thể hiện tư duy thiết kế và công nghệ lập trình mới.
Solidworks là một công cụ đắc lực cho việc thiết kế tự động các vật thể 3
chiều (3D), giúp cho các kỹ sư tự thể hiện các ý tưởng sáng tạo của mình trong
thiết kế một cách trực quan tối đa ngay trên chi tiết 3D mà lúc đầu không quan
tâm đến kích thước cụ thể của chi tiết, nhanh chóng thể hiện chi tiết đã thiết kế
thành bản vẽ kỹ thuật truyền thống (2D), thiết kế tạo khuôn, tạo mẫu cho lĩnh

vực đúc một cách nhanh chóng từ các chi tiết đã được thiết kế.
Sau khi dựng được mô hình 3D và gán vật liệu cho các khối lượng ta
tiến hành lắp ghép chúng lại với nhau theo đúng thiết kế. Trong Solidworks,
việc lắp ghép các chi tiết được thực hiện một cách dễ dàng nhờ lệnh Mate với
đầy đủ các ràng buộc song song (Parallel), vuông góc (Perpendicular), tiếp
xúc (Tangent), đồng tâm (Concentric), khoảng cách (Distance), góc (Angle),
trùng hợp (Coincident).
Kết luận chương 1
Qua tìm hiểu về công nghệ và thiết bị tạo hố trồng cây cho thấy: việc
đào hố trồng cây được áp dụng bởi nhiều loại hình công nghệ và thiết bị. Ở
các nước trên thế giới có nhiều loại máy đào hố trồng cây có cỡ khác nhau,
đạt năng suất cao. Ở nước ta cho đến nay, việc đào hố trồng cây chủ yếu bằng
thủ công, người lao động phải làm việc trong điều kiện cực kỳ mệt nhọc, năng
suất lao động thấp.


17

Thực tế đã có nhiều công trình nghiên cứu về các loại máy khoan hố
trồng cây, song phần lớn những nghiên cứu đó tập trung vào các nước có nền
công nghiệp tiên tiến. Ở nước ta, đề tài trọng điểm cấp bộ năm 2005 do
PGS.TS. Nguyễn Nhật Chiêu chủ trì đã thiết kế và chế tạo thành công máy
khoan hố trồng cây với dẫn động cơ khí lắp trên máy kéo Bông Sen – 8. Tuy
nhiên, để sản xuất hàng loạt và sử dụng rộng rãi vào thực tiễn sản xuất cần
hoàn thiện thiết kế thêm, chuyển giao công nghệ và đề ra một số chế độ làm
việc hợp lý.
Ở đề tài cấp bộ bản thiết kế gồm các bản vẽ bằng phần mềm AutoCAD
2D. Trong khi máy có cấu tạo phức tạp, nhất là cụm puly vấu, hộp giảm tốc
bánh răng côn,… Khi chế tạo cần nhiều công kỹ thuật để hướng dẫn chỉ đạo
gia công, lắp ráp. Sau khi chế tạo để chuyển giao, áp dụng vào sản xuất cần

phải giảng giải về cấu tạo và nguyên lý làm việc. Điều này gặp nhiều khó
khăn nếu chỉ có bản vẽ 2D và mẫu máy. Trong khi đó, hiện nay có nhiều phần
mềm thiết kế mô phỏng máy có thể tạo ra các bản vẽ 3D mô phỏng hoạt động,
lắp và tháo các cụm máy. Qua tìm hiểu cho thấy, chưa có đề tài nào nghiên
cứu cho việc hoàn thiện các kết cấu của máy khoan hố trồng cây lắp trên máy
kéo Bông Sen - 8 theo hướng thiết kế tối ưu và chuyển giao cho sản xuất, việc
ứng dụng các phần mềm tin học vào việc mô phỏng máy là cần thiết. Xuất
phát từ những lý do trên, tôi tiến hành đề tài luận văn: "Ứng dụng Solidworks
và Cosmos Motion trong việc mô phỏng máy khoan hố trồng cây lắp trên máy
kéo Bông sen - 8”.
Trong đề tài này, tôi sử dụng phần mềm Solidworks để mô phỏng máy
khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo Bông Sen – 8


18

Chương 2
MỤC TIÊU ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NỘI DUNG
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu
Xây dựng mô hình 3D và mô phỏng máy khoan hố trồng cây lắp trên
máy kéo Bông sen - 8; thuận tiện cho việc chỉ đạo gia công chế tạo và chuyển
giao công nghệ, đồng thời phân tích ứng suất, biến dạng một số chi tiết làm
việc quan trọng của máy làm căn cứ cho việc hoàn thiện thêm kết cấu của
máy khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo Bông sen – 8.
2.2. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là máy khoan hố trồng cây dẫn động
cơ khí lắp trên máy kéo Bông sen - 8 do đề tài cấp bộ tạo ra khi làm việc trên
đất lâm nghiệp.
Đề tài cấp bộ: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo và thử nghiệm thiết bị

chuyên dùng lắp với nguồn động lực cỡ nhỏ để đào hố trồng cây, phát thực bì
phục vụ trồng và chăm sóc rừng” do PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu chủ trì cùng
một số cán bộ khoa Công nghiệp và phát triển nông thôn - Trường Đại học
Lâm nghiệp thực hiện đã thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thành công máy
khoan hố trồng cây với dẫn động cơ khí lắp trên máy kéo Bông sen - 8 để
khoan hố trồng cây trên địa hình thoải có cấu tạo như sau (hình 2.1):

Hình 2.1: Máy khoan hố trồng cây với dẫn động cơ khí.