Nghiên cứu khả năng ổn định chống lật của xe tái xích cao su MST 600 khi bốc dỡ gỗ bằng tay thuỷ lực

Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o

Bé n«ng nghiÖp vµ pTNT

Tr-êng ®¹i häc l©m nghiÖp
----------------------

TRỊNH VĂN ĐẠI

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỔN ĐỊNH CHỐNG LẬT
CỦA XE TẢI XÍCH CAO SU MST - 600
KHI BỐC DỠ GỖ BẰNG TAY THỦY LỰC

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, 2010


Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o

Bé n«ng nghiÖp vµ pTNT

Tr-êng ®¹i häc l©m nghiÖp
----------------------

TRỊNH VĂN ĐẠI

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỔN ĐỊNH CHỐNG LẬT
CỦA XE TẢI XÍCH CAO SU MST - 600
KHI BỐC DỠ GỖ BẰNG TAY THỦY LỰC

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Chuyªn ngµnh: KỸ THUẬT MÁY VÀ THIẾT BỊ CƠ GIỚI HÓA
NÔNG LÂM NGHIỆP
M· sè: 60.52.14

Ng-êi h-íng dÉn khoa häc:
1.TS. NGUYỄN VĂN QUÂN
2. PGS.TS. NGUYỄN NHẬT CHIÊU

HÀ NỘI, 2010


1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay rừng tự nhiên ở nước ta còn lại rất ít gỗ cho các ngành kinh tế
quốc dân và cho đời sống. Dự án trồng mới 5 triệu ha rừng đã được Chính
phủ phê duyệt và triển khai thực hiện từ năm 1998 nhằm khôi phục, mở rộng
và làm giàu nhanh chóng tài nguyên rừng, đến nay rừng đã được tuổi khai
thác. Đi đôi với việc trồng rừng thì vấn đề công nghệ và thiết bị trong khai
thác rừng cũng phải được quan tâm đúng mức. Trước những thực trạng của
ngành lâm nghiệp hiện nay việc đưa cơ giới hóa vào các khâu công việc trong
sản xuất lâm nghiệp nói chung và khâu khai thác gỗ nói riêng là vấn đề cần
thiết.
Nước ta hiện nay đã nhập và bắt đầu sản xuất nhiều loại máy kéo, trong
đó đáng chú ý là các loại máy kéo cỡ vừa và nhỏ, chúng đang được sử dụng
tương đối phổ biến trong nông lâm nghiệp. Các loại máy kéo này thường
được thiết kế chế tạo thêm một số trang bị như: Tời, tay thủy lực, rơ moóc ...
để phục vụ khai thác, bốc dỡ, vận chuyển gỗ.
Hiện nay thị trường nước ta xuất hiện loại xe tải xích cao su MST - 600

của Nhật Bản, xe có khả năng bám cao ít phá hoại tới đất rừng, đặc biệt là loại
xe này có thể di chuyển được trên địa hình đất rừng phức tạp, độ dốc lớn.
Ngoài ra xe tải xích cao su MST - 600 còn có thùng xe tự đổ được dẫn động
thuỷ lực, rất thuận tiện cho công tác bốc dỡ, vận chuyển gỗ.
Trong thời gian vừa qua đề tài nhánh cấp nhà nước, mã số: KC 07 – 26
– 05 “Nghiên cứu lựa chọn công nghệ và hệ thống thiết bị để cơ giới hóa khai
thác gỗ rừng trồng trên độ dốc 10 – 200”, do Trường Đại học Lâm nghiệp chủ
trì đã thiết kế chế tạo và khảo nghiệm sản xuất tay bốc thủy lực lắp trên máy
kéo Shibaura SD 2843 để bốc dỡ gỗ rừng trồng. Tuy đây mới là mẫu máy
khảo nghiệm nhưng đã được đánh giá là hướng đi phù hợp, cần được hoàn
thiện và nhân rộng để áp dụng vào thực tiễn của sản xuất. Tay thủy lực lắp


2

trên Máy kéo bánh hơi khả năng làm việc bị giới hạn bởi điều kiện ổn định
chống lật. Nhưng xe tải xích cao su MST - 600 của Nhật Bản, với những ưu
điểm vượt trội như: Kết cấu nhỏ gọn, khả năng kéo bám, ổn định cao. Ở nước
ta hiện nay chưa có cơ sở sản xuất nào sử dụng loại xe này phục vụ việc khai
thác gỗ. Nếu tay thủy lực được lắp trên xe tải xích cao su MST- 600 để bốc dỡ
gỗ rừng trồng thì chắc chắn khả năng ổn định chống lật sẽ cao hơn. Vấn đề ổn
định chống lật của xe tải xích cao su MST - 600 khi bốc dỡ gỗ bằng TTL
chưa có công trình nào nghiên cứu.
Xuất phát từ những lý do trên tôi tiến hành nghiên cứu đề tài:
“Nghiên cứu khả năng ổn định chống lật của xe tải xích cao su MST
– 600 khi bốc dỡ gỗ bằng tay thủy lực”.
Ý nghĩa khoa học của đề tài:
Xác định được khả năng ổn định chống lật của xe tải xích cao su MST 600 khi bốc dỡ gỗ rừng trồng bằng tay thuỷ lực.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
Kết quả nghiên cứu của đề tài làm cơ sở cho việc thiết kế cải tiến xe tải

xích cao su MST - 600 lắp tay thủy lực để bốc dỡ gỗ rừng trồng. Đồng thời
làm căn cứ đề xuất những quy định an toàn cho người sử dụng xe tải xích cao
su MST - 600.


3

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về công nghệ khai thác và thiết bị bốc dỡ gỗ ở Việt
Nam và trên thế giới
Khai thác gỗ là quá trình biến đổi cây đứng thành sản phẩm. Rồi
chuyển chúng từ rừng đến một địa điểm tiêu thụ nào đó. Đồng thời là cầu nối
giữa tài nguyên rừng và công nghiệp sử dụng gỗ làm nguyên liệu như công
nghiệp chế biến gỗ, công nghiệp sản xuất giấy, xây dựng ... Khai thác gỗ bao
gồm hàng loạt các khâu công việc rất nặng nhọc, nguy hiểm. Do vậy, để cải
thiện điều kiện làm việc và nâng cao năng suất lao động, người ta luôn tìm
cách cải tiến công cụ và phương pháp làm việc, như đưa máy móc thiết bị vào
trong khai thác rừng. Một thực tế là khi đưa máy móc vào khai thác rừng năng
suất lao động sẽ tăng lên, giảm giá thành cải thiện được điều kiện làm việc
của người lao động nhưng mặt khác sẽ gây ra nhiều tác động xấu đến đất rừng
và các cây còn lại.
Để lợi dụng tài nguyên rừng một cách lâu dài, bền vững thì việc cơ
giới hoá các hoạt động khai thác rừng cần được thực hiện một cách có tổ chức
theo một kế hoạch cụ thể, để giảm thiểu tối đa các tác động xấu đến môi
trường rừng, đảm bảo các cây con có thể tồn tại và phát triển được.
Trên thế giới, rừng tự nhiên còn rất ít nhưng lại có ý nghĩa to lớn về
mặt môi trường, bảo tồn... nên người ta hạn chế khai thác gỗ rừng tự nhiên. Vì
vậy, đối tượng của khai thác gỗ hiện nay chủ yếu là gỗ rừng trồng.
Trong khai thác gỗ rừng trồng người ta thường áp dụng các loại hình

công nghệ sau[8]:
- Công nghệ khai thác gỗ nguyên cây (full-tree method): cây gỗ sau khi
hạ được giữ nguyên cành lá rồi được vận xuất ra bãi gỗ. Tại bãi gỗ người ta
mới tiến hành cắt cành, cắt khúc theo qui cách sản phẩm, bốc lên phương tiện
và vận chuyển đến nơi tiêu thụ.


4

- Công nhệ khai thác gỗ dài (tree-length method): cây gỗ sau khi hạ
được cắt cành, ngọn tại nơi chặt hạ rồi được vận xuất ra bãi gỗ. Tại bãi gỗ
chúng được cắt khúc theo qui cách sản phẩm, bốc lên phương tiện và vận
chuyển đến nơi tiêu thụ.
- Công nghệ khai thác gỗ ngắn (short wood method): toàn bộ các thao
tác hạ cây cắt cành, ngọn và cắt khúc theo qui cách sản phẩm đều được thực
hiện tại nơi chặt hạ. Sau đó, các khúc gỗ được vận xuất đến bãi gỗ rồi bốc lên
phương tiện vận chuyển về nơi tiêu thụ.
Căn cứ vào điều kiện tự nhiên, điều kiện trang bị phương tiện, nhân
công và yêu cầu về bảo vệ môi trường mà lựa chọn loại hình công nghệ khai
thác phù hợp với tình hình thực tiễn.
1.1.1. Tổng quan về công nghệ, thiết bị khai thác bốc dỡ gỗ ở một
số nước trên thế giới
Ở các nước phát triển trên thế giới, tay thuỷ lực (TTL) được ứng
dụng rộng rãi trong các liên hợp máy (LHM) khai thác. Đặc biệt đối với
các nước phát triển như Phần Lan, Thuỵ Điển, Nga… và các nước có tài
nguyên rừng phong phú như Brazil, Tanzania, Ethiopia…, người ta đã thiết
kế và chế tạo được nhiều loại TTL sử dụng trong khai thác gỗ làm việc tin
cậy với năng suất cao và có thể vận dụng cho cả ba loại hình công nghệ
khai thác gỗ nêu trên.
TTL có thể thực hiện được một số khâu công việc trong công nghệ khai

thác gỗ. Tương ứng với mỗi loại hình công nghệ người ta có thể tạo ra các
TTL có cấu tạo và chức năng phù hợp. Ngoài ra, người ta còn tạo ra các loại
TTL có thể tham gia thực hiện một công việc cụ thể của tất cả các loại hình
công nghệ.
Trong công nghệ khai thác gỗ nguyên cây, cây gỗ có thể được hạ
bằng cách cắt gốc. Thông thường người ta dùng cưa xăng hạ cây bằng


5

cách cắt gốc và sử dụng LHM vận xuất gồm TTL có trang bị ngoạm cỡ
lớn lắp trên máy kéo để vận xuất gỗ từ nơi chặt hạ ra ngoài bãi gỗ.

Hình 1.1: TTL trong công nghệ khai thác gỗ nguyên cây
Trong công nghệ khai thác gỗ dài và gỗ ngắn, TTL được ứng dụng
trong LHM chặt hạ - cắt khúc và LHM bốc dỡ - vận xuất. LHM chặt hạ - cắt
khúc cấu tạo gồm TTL có trang bị ngoạm lắp trên máy kéo, ngoạm được
trang bị bộ phận cắt để thực hiện việc hạ cây, cắt khúc và cắt cành, ngọn (hình
1.2a,b). LHM bốc dỡ - vận xuất có cấu tạo gồm các bộ phận tương tự như
TTL ở LHM chặt hạ - cắt khúc nhưng được trang bị rơ-moóc và ngoạm không
được trang bị bộ phận cắt (hình 1.2c). Ngoài ra, TTL của cả hai loại LHM
trên còn có thể thực hiện việc bốc dỡ gỗ cho các phương tiện khác (Hình 1.2).

(a)

(b)

Hình 1.2: TTL trong công nghệ khai thác gỗ dài và gỗ ngắn

(c)

6

a. TTL trong LHM chặt hạ - cắt khúc thực hiện việc cắt cành ngọn
b. TTL trong LHM chặt hạ - cắt khúc thực hiện việc cắt khúc
c. TTL trong LHM bốc dỡ - vận xuất thực hiện việc bốc gỗ
Trong các loại TTL thì TTL trong LHM bốc dỡ - vận xuất được sử
dụng rộng rãi hơn cả vì có tính cơ động cao. Khi trang bị cho LHM này
một rơ-moóc thì TTL dùng để tự bốc dỡ và vận xuất gỗ, khi không trang bị
rơ-moóc thì TTL được dùng để bốc dỡ gỗ cho các phương tiện khác. Vì vậy,
LHM có trang bị TTL loại này có thể sử dụng cho cả ba loại hình công nghệ
khai thác gỗ.
Ở Brazil người ta áp dụng cả ba loại hình nêu trên trong việc khai
thác gỗ rừng trồng. Loại hình khai thác gỗ gắn được áp dụng chủ yếu trong
khai thác rừng bạch đàn. Để tăng năng suất, giảm giá thành trong khâu chặt
hạ người ta tổ chức nhóm làm việc hai người: Một người hạ cây và cắt
khúc bằng cưa xăng, người còn lại dùng búa để chặt cành.Việc tập trung gỗ
từ nơi chặt hạ về các bãi gỗ nhỏ ven đường hoặc kho gỗ được thực hiện
bằng máy kéo bánh hơi lâm nghiệp hoặc máy kéo bánh hơi nông nghiệp
được trang bị thêm rơ moóc, tay thuỷ lực để bốc và chở gỗ. Loại hình khai
thác gỗ dài, việc hạ cành, cắt cành ngọn được thực hiện ở nơi chặt hạ bằng
việc sử dụng cưa xích, sau đó các thân cây được kéo tập trung về kho gỗ
hoặc các bãi gỗ nhỏ ven đường bằng máy kéo nông nghiệp có trang bị thêm
TTL. Còn loại hình khai thác gỗ nguyên cây, là sau khi các cây được hạ
bằng các máy hạ cây chuyên dùng chúng được kéo về kho gỗ cùng với cả
cành và tán bằng máy kéo vận xuất chuyên dùng theo phương pháp nửa lết.
Đến bãi gỗ, các cây này được tiếp tục kéo qua cổng chặt cành, tại đây nhờ
các kết cấu cắt hợp lý, các cành nhánh được cắt ra khỏi thân cây. Sau đó bó
gỗ đã sạch cành nhánh tiếp tục được chuyển đến vị trí cắt khúc. Việc cắt

khúc ở bãi gỗ được thực hiện bằng cưa xích.


7

Việc vận chuyển gỗ từ các bãi gỗ đến nơi tiêu thụ ở Brazil được thực
hiện chủ yếu bằng xe vận tải chuyên dùng theo nhiều dạng khác nhau như:
Xe tải không rơ moóc, xe tải sơ mi rơ moóc, xe tải kéo theo một hoặc hai
rơ moóc. Còn việc bốc dỡ trên các kho gỗ hầu như được cơ giới hoá bằng
các cần trục thuỷ lực cố định.
1.1.2. Tổng quan về phương pháp bốc dỡ gỗ ở Việt Nam
- Phương pháp bốc dỡ gỗ thủ công
Cây gỗ sau khi được chặt hạ được bốc trực tiếp lên các phương tiện vận
chuyển bằng chính sức lực của người công nhân. Ở một số nơi địa hình phức
tạp hơn thì gỗ sau khi được khai thác sẽ được cắt khúc ngay tại địa điểm khai
thác hoặc được đưa đến bãi gỗ tạm thời rồi mới được cắt khúc. Sau khi cắt
khúc gỗ được xếp thành đống ngay bên đường vận chuyển. Gỗ khúc được bốc
lên rơmooc cũng bằng sức lực của người công nhân, thường thì cứ hai người
công nhân bốc một khúc gỗ (Hình 1.3).

Hình 1.3: Phương pháp bốc gỗ thủ công
Ưu điểm: Thực hiện đơn giản, không cần đầu tư trang thiết bị máy móc
Nhược điểm: Năng suất bốc gỗ thấp, cần nhiều công nhân, tốn sức lực,
gây nguy hiểm.


8

- Phương pháp bốc hầm
Khi bốc gỗ theo phương pháp này thì ôtô hoặc máy kéo được tiến vào

hầm. Khi xe đã vào vị trí ổn định thì người công nhân dùng đòn bẩy để đẩy
khúc gỗ vào thùng xe hoặc rơmooc vận chuyển.

Hình 1.4: Phương pháp bốc hầm
Ưu điểm: Thực hiện đơn giản, năng suất tương đối cao.
Nhược điểm: Chỉ áp dụng được ở mùa khô, lực va đập giữa khúc gỗ và
rơmooc, thùng xe lớn.
- Phương pháp bốc dỡ gỗ bằng tời cáp
Bốc dỡ bằng tời cáp có thể được thực hiện theo phương pháp bốc
ngang hoặc bốc dọc tuỳ thuộc vào điều kiện địa hình, loại gỗ. Trên một số
loại máy kéo cỡ lớn thường có trang bị thêm thiết bị tời cáp để thực hiện bốc
dỡ gỗ. Trong phương pháp bốc dọc trên máy kéo thường được bố trí một tời,
một cần trục chữ A, đối với loại xe tải cần trục chữ A có thể được bố trí ngay
sau thành trước của thùng phía sau buồng lái, tời được dẫn động bằng hệ
thống ròng rọc dẫn hướng lắp phía trên một tay đòn. Quá trình bốc dỡ gỗ
được thực hiện bằng hệ thống cáp dẫn động từ tời qua các ròng rọc dẫn
hướng, một đầu của cáp được trang bị thêm móc để móc vào cây gỗ hoặc bó
gỗ được buộc sẵn. Trống tời có thể được dẫn động bằng hệ thống thuỷ lực


9

hoặc bằng cơ có thể thực hiện quay theo hai chiều ngược nhau để quấn cáp
hoặc nhả cáp. Để bốc gỗ trống tời hoạt động theo chiều quấn cáp. Khi tời hoạt
động gỗ sẽ được kéo về phía thùng xe. Khi gần tới thùng xe bó gỗ sẽ di
chuyển theo trạng thái nửa lết sau đó một đầu bó gỗ sẽ được kéo lên máng kê
và được kéo lên thùng xe.

Hình 1.5: Phương pháp bốc gỗ bằng thiết bị tời cáp
Trong phương pháp bốc ngang, người ta thiết kế hai thanh đà đặt cạnh

rơmooc làm đường dẫn hướng cho gỗ lên sàn xe, gỗ được kéo lên là nhờ
nguồn động lực của tời cáp qua các ròng rọc dẫn hướng lắp trên khung đỡ của
máy kéo.
- Phương pháp bốc dỡ gỗ dùng cần cẩu
Phương pháp bốc dùng cần cẩu cơ khí có thể bốc được các khúc gỗ đơn
hoặc bó gỗ. Phương pháp này phù hợp với bốc dỡ gỗ rừng trồng.
Sử dụng phương pháp này, tời cáp được dẫn đến điểm đầu cần thông qua
hệ thống puly, đầu cáp được nối với móc gỗ. Khi bốc gỗ, móc được móc vào
bó gỗ đã được bó sẵn hoặc khúc gỗ, tời kéo nâng bó gỗ lên và điều khiển để
xếp bó gỗ vào thùng xe hoặc rơmooc.


10

Hình 1.6: Cần cẩu dùng để bốc dỡ gỗ
Ưu điểm: Năng suất bốc gỗ cao, giảm sức lao động thủ công nặng nhọc
của người công nhân.
Nhược điểm: Đầu tư trang thiết bị tốn kém.
- Bốc dỡ bằng liên hợp máy
Máy liên hợp chặt hạ - bốc dỡ - vận chuyển vừa có khả năng chặt hạ,
cắt khúc vừa có khả năng đưa gỗ lên xe, xếp đống và đưa gỗ lên các bến bãi
để tiến hành công tác tiếp theo.
Bộ phận cắt gỗ được bố trí ngay ở tay ngoạm và thường sử dụng cưa
xích, bộ phận cắt được dẫn động bằng thuỷ lực, bộ phận ngoạm, cẳng tay,
cánh tay được dẫn động hoàn toàn bằng thuỷ lực với độ linh động cao, tầm
vươn xa, góc xoay lớn. Các loại máy liên hợp này rất thích hợp với khai thác
gỗ rừng tự nhiên hoặc rừng trồng kích thước gỗ nhỏ với cường độ khai thác
cao, địa hình tương đối bằng phẳng.
Ưu điểm: Năng suất cao, tiết kiệm thời gian, công sức.
Nhược điểm: Đầu tư lớn, giá thành máy cao.

11

- Phương pháp bốc dỡ gỗ bằng tay bốc thuỷ lực
Sử dụng tay thuỷ lực để bốc dỡ gỗ sẽ cho năng suất cao, giảm sức lao
động nặng nhọc của người công nhân. Tay thuỷ lực có khả năng bốc gỗ được
ở cự ly xa nhất ứng với tầm vươn xa nhất và góc xoay của trụ xoay là lớn
nhất. Khi thực hiện bốc gỗ càng ngoạm làm việc và di chuyển bó gỗ đến
rơmooc hoặc thùng xe. Sự co duỗi của cẳng tay, cánh tay và việc đóng mở
ngoạm của tay thuỷ lực được dẫn động bằng thuỷ lực.
Ở Việt Nam, loại hình công nghệ khai thác gỗ phổ biến là khai thác gỗ
ngắn. Gỗ được chặt hạ bằng phương pháp thủ công hoặc cưa xăng và được
vận xuất ra ven đường hoặc bãi gỗ bằng phương pháp thủ công (vác vai, lao
xeo) hoặc trâu kéo như: Ở các tỉnh phía Bắc Việt Nam như Vĩnh Phúc, Phú
Thọ, Tuyên Quang, Yên Bái … là những vùng chuyên canh nguyên liệu giấy
cho nhà máy giấy Bãi Bằng chủ yếu áp dụng loại hình là khai thác gỗ ngắn là
chủ yếu. Việc đưa gỗ từ các bãi gỗ nhỏ ven đường vận xuất ra đường vận
chuyển hoặc các bãi gỗ ven sông với cự ly trung bình từ 10 – 15Km. Người ta
sử dụng máy kéo bánh hơi Volvo có trang bị thêm rơ moóc và tay thuỷ lực để
tự bốc dỡ gỗ hoặc dùng Volvo bốc lên xe tải nặng để vận chuyển đường dài
về nhà máy, còn ở những cự ly vận chuyển ngắn (< 15Km), gỗ cong queo với
số lượng ít, người ta thường bốc thủ công lên xe cải tiến hoặc trâu kéo để vận
chuyển thẳng về nhà máy.
Từ trước những năm 1990, tại một số tỉnh miền núi phía Bắc (Yên
Bái, Tuyên Quang, Hà Giang, Phú Thọ, Vĩnh Phúc…), là vùng chuyên canh
nguyên liệu giấy cho Nhà máy giấy Bãi Bằng, đã được Chính phủ Thuỵ
Điển tài trợ hàng loạt máy kéo Volvo có trang bị TTL bốc dỡ gỗ, chúng làm
việc rất tin cậy cho năng suất cao. Tuy nhiên giá thành của thiết bị rất cao,
đòi hỏi vốn đầu tư lớn. Kể từ khi không được Chính phủ Thuỵ Điển tài trợ,

theo thời gian, số lượng máy kéo Volvo giảm dần vì hỏng hóc mà phụ tùng


12

thay thế lại rất khan hiếm. Đến nay, chỉ còn một số ít Volvo vẫn hoạt động
được. Hình 1.7 là TTL lắp trên máy kéo Volvo đang thực hiện việc bốc gỗ
từ rơ-moóc lên phương tiện vận chuyển tại Lâm trường Hàm Yên, Tuyên
Quang.

Hình 1.7: TTL bốc dỡ gỗ được trang bị trên máy kéo Volvo
Với mong muốn tạo ra một thiết bị cơ giới hoá khâu bốc dỡ gỗ thay thế
Volvo mà lại phù hợp với điều kiện thực tiễn ở Việt Nam, một trong những
nội dung của đề tài cấp nhà nước, mã số: KC 07- 26 - 05, “Nghiên cứu lựa
chọn công nghệ và hệ thống thiết bị để cơ giới hóa khai thác gỗ rừng trồng
trên độ dốc 10 – 200”, do PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu chủ trì cùng một số cán
bộ Khoa Công nghiệp phát triển nông thôn - Trường Đại học lâm nghiệp.
Mục đích của đề tài là tính toán, thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm thiết bị bốc
dỡ gỗ rừng trồng, trong đó thiết bị bốc dỡ gỗ là TTL lắp sau máy kéo
Shibaura (Hình 1.8).


13

6

5
4
3

7
8

2

10

1

9

Hình 1.8: TTL bốc dỡ gỗ lắp sau máy kéo Shibaura
1. Trụ xoay; 2. Xylanh nâng hạ cánh tay; 3. Bộ phận điều khiển;
4. Xylanh co duỗi cẳng tay; 5. Cánh tay; 6. Cẳng tay;
7. Cụm ngoạm; 8. Gỗ; 9. Chân chống; 10. Máy kéo Shibaura

Qua khảo nghiệm cho thấy TTL bốc dỡ gỗ lắp sau máy kéo Shibaura
làm việc đạt yêu cầu đặt ra. Tuy nhiên, năng suất và tính cơ động của thiết bị
chưa thực sự cao. Nếu khắc phục được tồn tại này thì đây sẽ là một thiết bị cơ
giới hoá bốc dỡ gỗ phù hợp với hoạt động qui mô vừa và nhỏ của các doanh
nghiệp, các hộ gia đình, góp phần nâng cao năng suất lao động và cải thiện
điều kiện làm việc nặng nhọc cho người lao động.
Qua tìm hiểu tình hình ứng dụng TTL trong công nghệ khai thác gỗ cho
thấy: TTL được sử dụng trong tất cả các loại hình công nghệ khai thác gỗ. Ở
các nước trên thế giới, người ta đã tính toán thiết kế và chế tạo được nhiều
loại TTL làm việc tin cậy với năng suất cao. Ở nước ta, cho đến nay, TTL
duy nhất sử dụng hiệu quả trong bốc dỡ gỗ là một thiết bị nhập ngoại (TTL
lắp trên máy kéo Volvo) nhưng hiện nay thiết bị này còn rất ít.

14

1. 2. Một số công trình nghiên cứu về ổn định của tay thuỷ lực
Hiện nay ở các nước có nền công nghiệp phát triển với qui mô sản
xuất lớn, TTL được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản suất để
bốc dỡ gỗ, hàng hoá. Như đã đề cập ở trên, trong lâm nghiệp TTL được sử
dụng rất phổ biến ở các nước có nền công nghiệp phát triển và có quy mô sản
xuất lớn, còn ở những nước đang hoặc chưa phát triển thì việc áp dụng loại
thiết bị này còn rất hạn chế. Vì những lý do trên nên phần lớn những nghiên
cứu về TTL cũng đều tập trung vào các nước có nền công nghiệp tiên tiến. Đi
đầu trong lĩnh vực này là những nhà khoa học người Nga (Liên Xô cũ), có thể
kể ra một số công trình tiêu biểu như sau:
Tác giả Alecxangdrov V.A (người Nga) đã đánh giá về sự chịu tải của
máy móc lâm nghiệp ở các quá trình quá độ [22], theo đó tác giả đã nhận định
rằng tải trọng ĐLH ảnh hưởng đáng kể đến máy móc thiết bị ở các giai đoạn
quá độ như lúc mở máy, phanh hãm, lấy đà …, bằng thực nghiệm trên một số
máy khai thác có TTL tác giả thấy rằng khi khối lượng gỗ càng tăng thì hệ số
tải trọng ĐLH càng giảm, ngược lại khi vận tốc nâng càng tăng thì hệ số tải
trọng ĐLH càng tăng (hình1.9)

Hình 1.9: Kết quả nghiên cứu thực nghiệm của Alecxangdrov V.A
về sự ảnh hưởng của khối lượng nâng tới hệ số tải trọng ĐLH
(1- v0=0.18 m/s; 2- v0=0.12 m/s; 3- v0= 0.05 m/s)


15

Cũng tác giả Alecxangdrov V.A đã nghiên cứu về dao động góc của đầu máy
dưới tác động của gió khi bốc dỡ gỗ bằng TTL [24].
Tác giả đã phân tích và rút ra được sự ảnh hưởng của các yếu tố như

tầm vươn của TTL (l1), khoảng cách giữa 2 cầu (l2), chiều cao trọng tâm cây
gỗ (hT), lực tác dụng của gió đến dịch chuyển của đầu máy (1).
P

Hình 1.10: Sơ đồ xác định dao động góc của đầu máy
dưới tác động của gió khi bốc dỡ gỗ bằng TTL
Sự mấp mô của mặt đường ảnh hưởng đến tải trọng của các phương
tiện đi trên nó, nhất là các máy khai thác, chúng làm việc trên những địa hình
có độ mấp mô lớn thì vấn đề này rất được quan tâm. Tác giả Alecxangdrov
V.A đã có công trình nghiên cứu về tải trọng của máy khai thác có trang bị
TTL khi đi trên đường có độ mấp mô, sơ đồ tính toán được tác giả đưa
ra(hình 1.11), trong trường hợp đơn giản nhất là các máy khai thác chưa mang
tải thì sơ đồ tính toán được thể hiện như hình 1.11.a và PTVP có dạng như
sau:





M
M
 0  c12
m0 Z
Z2  c 0  c12
Z0  c 0 Z0p  0;
M
 2  c12
Z2  Z0   0.
m2 Z

16

Trong trường hợp TTL mang tải thì sơ đồ tính toán được thể hiện ở hình
1.1.b, PTVP có dạng như sau:
m0 Z0  c12M  Z2   c0  c12M   Z0  c0 Z0p ;

m2 Z2   c12M   c  Z 2  c12M  Z0  c Z3 ;
m3 Z3   Z3  Z2  c  0

Trong đó:
c0- Độ cứng quy đổi của đầu máy;
M
- Độ cứng quy đổi của TTL;
c12

c  - Độ cứng quy đổi giữa ngoạm và gỗ;

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

Hình 1.11: Sơ đồ xác định tải trọng của máy khai thác có trang bị TTL
khi đi trên địa hình gồ ghề
Sự ảnh hưởng các thông số động học của cơ cấu nâng đến tải trọng của
TTL lắp trên máy kéo xích cỡ lớn dùng trong bốc dỡ gỗ được tác giả người
Nga Pitcunôp A.C đã khảo nghiệm [21].
Năm 1973 tại học viện kỹ thuật lâm nghiệp Lêningrad, nhà khoa học
người Nga Liamin I.V đã có công trình nghiên cứu về quá trình gom gỗ khi
chặt chọn bằng TTL [18], sau đó 2 năm tác giả đã công bố tiếp công trình

17

“Phân tích lực của TTL máy kéo có kết cấu đặc biệt” [20]. Với 2 công trình
này tác giả đã chọn ra được TTL kiểu mới cho việc gom gỗ trong khai thác
chọn và cách phân tích lực cho TTL.
Năm 1977 Giáo sư Barinốp K.H đã phân tích được quy luật chuyển
động các bộ phận của máy lâm nghiệp với TTL khi làm việc [16]. Từ đó đưa
ra cơ sở lý thuyết cho việc bố trí các chi tiết và thiết bị công tác trên máy kéo
lâm nghiệp.
Năm 1978 hai tác giả Venlicốc G.M và Kusliaev V.F đã tiến hành
nghiên cứu và đưa ra cơ sở để áp dụng máy khai thác gỗ kiểu TTL ở trên các
khu khai thác [17].
Năm 1981 Phó giáo sư Artamônốp Iu.G đã nghiên cứu thiết kế và tính
toán TTL lắp trên máy kéo để bốc dỡ gỗ [15]. Cũng vào năm này tác giả
Kusliaev V.F đã có nghiên cứu về tổng quan các loại máy khai thác gỗ kiểu
TTL.
Tầm vươn của TTL ảnh hưởng lớn đến năng suất của máy khai thác,
khi TTL có tầm vươn xa thì năng suất bốc dỡ sẽ tăng và ngược lại, cụ thể về
vấn đề này được tác giả Mensikop rất quan tâm và đã có kết quả nghiên cứu
vào năm 1982 tại Học viện Kỹ thuật Lâm nghiệp Lêningrad [19].
Bằng phương pháp lý thuyết và thực nghiệm, năm 1982 tác giả
Antômônốp đã xác định được những thông số cơ bản của hệ thống máy kéo
bánh hơi với TTL [21].
Vấn đề ổn định của máy là yếu tố rất quan trọng, nó quyết định tới khả
năng làm việc của máy và sự an toàn trong lao động. Với những máy có trang
bị TTL thì vấn đề ổn định được nhiều nhà khoa học quan tâm, trong đó có tác
giả người Nga Ciunhep V.C với đề tài: “ Phương pháp đánh giá ổn định của
máy kéo bánh hơi khung gập với TTL” [21].

18

Năm 1985, nhà khoa học Nga Pitcunôp thực hiện nghiên cứu “Sự ảnh
hưởng của các thông số động học cơ cấu nâng đến tải trọng của TTL lắp trên
máy kéo cỡ lớn dùng trong bốc dỡ gỗ”. Đóng góp đáng kể nhất của công trình
này là đã tìm ra được một chế độ sử dụng hợp lý cho LHM bốc dỡ gỗ [21].
Bên cạnh các nhà khoa học của thế giới, ở Việt Nam cũng có một số tác
giả quan tâm đến vấn đề ĐLH của TTL trong LHM khai thác gỗ. Năm 1983,
tại Học viện kỹ thuật Lâm nghiệp Leningrad, Nguyễn Nhật Chiêu thực hiện
luận án tiến sỹ: “Nghiên cứu tải trọng của máy kéo bánh hơi khung gập với
TTL khi gom và vận xuất gỗ trên sườn dốc”. Với công trình này, tác giả đã
xác định được quy luật biến đổi tải trọng của LHM, đồng thời đề ra chế độ
làm việc hợp lý và điều kiện làm việc an toàn cho LHM khi gom và vận xuất
gỗ trên sườn dốc.
Năm 2006, 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 dốc 10 - 200”, do PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu - Trường Đại học
Lâm nghiệp chủ trì đã được thực hiện. Một trong những sản phẩm của đề tài
là tay bốc thuỷ lực lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843 để bốc dỡ gỗ rừng
trồng. Mẫu máy này đã được khảo nghiệm và đánh giá là hướng đi phù hợp.
Năm 2007, tại trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam, Trần Lý Tưởng
bảo vệ thành công luận văn thạc sỹ: “Nghiên cứu tải trọng động lực học tác
dụng lên TTL lắp sau máy kéo bánh hơi khi bốc dỡ gỗ” trong trường hợp giữa
ngoạm gỗ và đầu cần TTL được nối cứng. Bằng phần mềm Matlab - Simulink
tác giả đã xác định các thông số như: Tải trọng động lực học, sự biến dạng
của TTL, các lực tác dụng lên cơ cấu, bộ phận chi tiết của TTL ở 3 giai đoạn
làm việc của TTL. Qua đó tác giả đã rút ra được kết luận: Hệ số tải trọng
động lực học tỷ lệ nghịch với khối lượng nâng, độ cứng quy đổi của đầu máy
và độ cứng quy đổi giữa gỗ và ngoạm tỷ lệ thuận với độ cứng quy đổi của
TTL và vận tốc nâng. Sơ đồ tính toán cho trường hơ ̣p này đươ ̣c tác giả xây

dựng như (Hình 1. 12):


19


P.r/L
c0

Z1

Z1

l1

1
m0

1

Z'0
o

c12

P = p.f n

Z2

Z0

r
h

Shibaura

r0
c'n

Gk

m2
cn

Z3

m3

A

l2

Lx
L

Hình 1.12 : Mô hình ĐLH của TTL khi bốc dỡ gỗ của Trầ n Lý Tưởng
Trong công trình này tác giả đã sử dụng phương trình Lagranger loại II
để lập hệ phương trình vi phân mô tả dịch chuyển của hệ. Sau đó, sử dụng
phương pháp giải tích để giải các phương trình vi phân và sử dụng phần mềm
Matlab&Simulink để mô phỏng các phương trình vi phân. Kết quả, tác giả đã

xây dựng được đồ thị biểu thị sự ảnh hưởng của tải trọng nâng và vận tốc
nâng đến trị số của hệ số động lực học (Hình 1.13).

Kdl
1.6

v = 0,3 m/s
v = 0,5 m/s
v = 0,7 m/s

1.4

1.2
m3 (kg)

1.0
0

500

1000

1500

2000

2500

Hình 1.13: Đồ thị biểu thị sự ảnh hưởng của tải trọng nâng và vận tốc
nâng đến trị số của hệ số động lực học của TTL do Trần Lý Tưởng xây dựng

20

Các thao tác của TTL khi thực hiện việc bốc dỡ gỗ bao gồm các động
tác nâng - hạ cần, được thực hiện nhờ việc co duỗi các xylanh cẳng tay, cánh
tay và các động tác xoay cần được tực hiện nhờ một động cơ thuỷ lực. Tuy
nhiên, trong nội dung luận văn của Trần Lý Tưởng mới chỉ quan tâm đến giai
đoạn nhấc tải mà chưa đề cập đến giai đoạn xoay cần [10].
Năm 2009, Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Quang Dưỡng trường Đại học
Lâm nghiệp đã tính toán thiết kế tay thuỷ lực bốc dỡ gỗ lắp trên xe tải xích
cao su MST - 600[5].
Qua tính toán lý thuyết và thực tế sử dụng đã kết luận rằng tới 80% các
sự cố hư hỏng của các máy nâng chuyển về cơ bản liên quan đến tải trọng
động, các tải trọng động làm tăng sự hao mòn của các bộ phận làm việc. Đặc
biệt tải trọng động lực học làm ảnh hưởng đến tính ổn định của máy kéo, làm
cho máy kéo có thể bị lật trong trường hợp bốc gỗ với tải trọng lớn nhất cho
phép.
1.3. Tổng quan về tính ổn định của máy kéo xích
1.3.1. Khái niệm chung về ổn định của máy kéo
Tính ổn định của máy kéo là khả năng ổn định của máy kéo không bị lật,
không bị trượt, chuyển động sai quỹ đạo dưới tác dụng của ngoại lực trong
quá trình làm việc.
Tính ổn định hướng của máy kéo là khả năng đảm bảo giữ được quỹ
đạo chuyển động theo yêu cầu trong mọi điều kiện khác nhau. Tùy thuộc vào
điều kiện sử dụng, máy kéo có thể đứng yên, chuyển động trên đường dốc
(đường có góc nghiêng dọc hoặc góc nghiêng ngang) có thể quay vòng hoặc
phanh ở các loại đường khác nhau (đường tốt, đường xấu…). Trong những
điều kiện chuyển động phức tạp như vậy, máy kéo phải giữ được quỹ đạo
chuyển động của nó, không bị lật đổ, không bị trượt, để đảm bảo cho chúng

chuyển động an toàn.


21

1.3.2. Chỉ tiêu đánh giá khả năng ổn định chống lật của máy kéo xích
Có nhiều chỉ tiêu đánh giá khả năng ổn định chống lật của máy kéo.
Một số nhà chuyên môn (như Lơ-vôp[6]) đánh giá khả năng ổn định chống lật
của ôtô máy kéo bằng trị số phản lực của mặt đất lên xích xe phía trên dốc
hay xích ở xa tâm quay nhất khi lật đổ.
Xe sẽ bắt đầu lật khi phản lực lên xích xe phía trên dốc y1 bằng không.
Theo quan điểm đó xe sẽ không bị lật khi đảm bảo được điều kiện sau đây:
y1 ≥ 0

(1.1)

Khi y1 0 bánh xe phía trên tì lên mặt đất, do đó xe ở thế ổn định, không
bị bật. Khi y1 0 bánh xe phía trên bị nâng lên khỏi mặt đất và xe bị lật.
Từ điều kiện (1.1) người ta xác định độ dốc tối đa cho phép xe làm việc
an toàn với một lực kéo nhất định. Độ dốc đó gọi là độ dốc giới hạn.
Khi một máy kéo đứng trên mặt đất với độ dốc ngang hay dọc thì giao
điểm giữa đường tác dụng của trọng lượng xe với mặt đất là điểm đặt của
tổng phản lực pháp tuyến của mặt đất lên xe. Xe sẽ ổn định, không bị lật khi
tổng lực pháp tuyến của mặt đất tác dụng trong phạm vi mặt tì của xe lên đất.
Chỉ tiêu này chỉ dùng cho máy kéo xích đứng tại chỗ, nhưng một số
nhà chuyên môn như Ghinsbua [6] dùng nó để đánh giá sức chống lật của cả
máy kéo bánh hơi lẫn bánh xích khi chuyển động.
Theo Worthington và Sack [6], độ dốc tối đa khi xe chuyển động còn
tính bằng góc tương ứng với điểm cắt của hai đường biểu diễn mômen chống
lật Mcl = f(k) và mômen lật M1= f(α)

Worthington lấy mômen chống lật và mômen lật là:
Mcl = G. (a.cos - hg.sin)

(1.2)

Ml = Pm.hm = hm.G.sin

(1.3)


22

Trong đó:
G - Trọng lượng của xe;
a - Khoảng cách từ trọng tâm đến trục cầu sau;
hm- Chiều cao của móc tính từ mặt đất;
Pm- Lực kéo móc;
hg- Chiều cao trọng tâm xe tính từ mặt đất;
Ml- Mômen lật;
Mcl- Mômen chống lật.
Kanôvalôp [6] thì lại đề nghị dùng hệ số gọi là độ dự trữ của ổn định 
để đánh giá sức chống lật.
 1

Ml
M cl

(1.4)

Về nguyên tắc hệ số  chỉ dùng để đánh giá khả năng chống lật tĩnh,

nhưng trong thực tế người ta hay dùng để đánh giá khả chống lật động.
Kanôvalôp [6] tính đến hai trường hợp sau:
Trường hợp thứ nhất: Có lực đập và chuyển từ động năng sang công lật
đổ xe.
 1 

El
Ecl

(1.5)

Trong đó:
E1- Năng lượng lật xe;
Ecl - Năng lượng giữ cho xe không lật.
Trường hợp thứ hai: Các lực và mômen tác động lên xe thay đổi theo
thời gian.
 1

Ml
M cl  M j

Trong đó: Mj - Mômen quán tính tương ứng với tâm quay khi lật.

(1.6)


23

Trong cơ học, khả năng chống lật xe thường đánh giá bằng hệ số chống lật K.
K

M cl
Ml

(1.7)

Để đảm bảo xe ổn định, không bị lật, hệ số K phải không nhỏ hơn 1,2 ÷ 1,5.
Hệ số chống lật K dùng rất phổ biến ở các nước. Ở Mỹ dùng hệ số K để
đánh giá sức chống lật và tính điều khiển của xe và quy định:
K

y.L
P m max.hm
'

(1.8)

Trong đó:
y - Tổng phản lực pháp tuyến của mặt đất lên bánh xe phía trên;
Pm max- Hợp lực song song với mặt đất của lực kéo móc tối đa;
hm- Chiều cao đặt lực kéo móc;
L - Khoảng cánh giữa hai trục xe;
Qua nghiên cứu, phân tích các chỉ tiêu được dùng để đánh giá sức
chống lật được sử dụng trong thực tiễn, chúng ta có thể rút ra những kết luận
sau đây:
- Những yếu tố khác nhau ảnh hưởng đến khả năng chống lật của xe,
nên mỗi trường hợp cụ thể người ta sử dụng những chỉ tiêu khác nhau để nói
lên một cách rõ rệt nhất giới hạn ảnh hưởng của yếu tố này hay yếu tố khác.
- Đối với máy kéo xích, để tính khả năng chống lật dọc dùng tọa độ của
tổng phản lực pháp tuyến của mặt đất lên xích có nhiều thuận lợi hơn.

- Tính khả năng chống lật theo Worthington sẽ không được chính xác,
vì các mômen chống lật và mô men lật theo các công thức (1.2) và (1.3)
không tính đến những yếu tố ảnh hưởng đến lực kéo.
- Đánh giá sức chống lật tĩnh cũng như sức chống lật động theo phản
lực pháp tuyến của mặt đất lên xe xích phía trên dốc đơn giản, chính xác hơn
cả.