Nghiên cứu một số tính chất động học và động lực học của thiết bị tời cáp càng ngoạm gỗ lắp sau máy kéo DT 75 để vận xuất gỗ rừng tự nhiên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

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

CAO BÁ HOÀNG

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ TÍNH CHẤT ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG
LỰC HỌC CỦA THIẾT BỊ TỜI CÁP – CÀNG NGOẠM GỖ LẮP
SAU MÁY KÉO DT -75 ĐỂ VẬN XUẤT GỖ RỪNG TỰ NHIÊN

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

CAO BÁ HOÀNG

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ TÍNH CHẤT ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG
LỰC HỌC CỦA THIẾT BỊ TỜI CÁP – CÀNG NGOẠM GỖ LẮP
SAU MÁY KÉO DT -75 ĐỂ VẬN XUẤT GỖ RỪNG TỰ NHIÊN

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

Cán bộ hướng dẫn khoa học:
TS. Lê Văn Thái

HÀ NỘI - 2010


1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Vận xuất gỗ là một trong những khâu cuối cùng trong khai thác rừng.
Đây là khâu công việc nặng nhọc và nguy hiểm. Đặc biệt đối với rừng tự
nhiên do thành phần và chủng loại gỗ trong rất phức tạp, thêm vào đó là cây
gỗ có đường kính lớn, cong vênh, hệ thống dây leo chằng chịt gây khó khăn
cho công việc vận xuất. Một khó khăn khác trong khai thác gỗ là hệ thống
giao thông chưa phát triển. Máy móc, xe cộ cho khai thác và vận xuất còn
thiếu và yếu dẫn đến tình trạng lãng phí gỗ. Để cải thiện điều kiện làm việc,
đảm bảo an toàn cho người lao động, giảm tác động xấu tới môi trường rừng
và tăng năng suất lao động thì khâu công việc này cần được cơ giới hoá.
Ở trên thế giới, khâu vận xuất gỗ đặc biệt là gỗ rừng tự nhiên đã được cơ
giới hoá từ rất lâu, nhiều liên hợp máy khai thác và vận xuất đã được các hãng
Timberjack, Somet, Valmet, Volvo…nghiên cứu, sản xuất và bán rộng rãi
trên thị trường. Các trang thiết bị máy móc này được nghiên cứu, thiết kế, chế
tạo và ứng dụng vào thực tiễn sản xuất đem lại hiệu quả cao và đảm bảo an
toàn cho người lao động.
Ở Việt Nam từ những năm 70 – 80 nhiều loại máy móc thiết bị đã được
đưa vào sử dụng để khai thác và vận xuất gỗ cho đến nay. Tuy nhiên việc ứng

dụng trang bị máy móc vào khai thác vận xuất còn rất hạn chế. Các khâu
chính trong quá trình khai thác gỗ chính vẫn bằng thủ công: Việc chặt hạ, cắt
cành, cắt khúc chủ yếu bằng rìu, cưa mang, cưa xăng, sau đó được vận xuất
ra các bãi gỗ bằng phương pháp lao xeo, trâu bò kéo hoặc người vác. Từ đó
được vận chuyển bằng đường bộ (ôtô) hoặc đường thuỷ tới các nhà máy. Việc
khai thác gỗ thủ công rất tốn công sức, năng suất thấp và tác động xấu đến
môi trường xung quanh. Đối với rừng tự nhiên ở nước ta tuy diện tích không
còn nhiều nhưng công nghệ khai thác cũng cần phải được quan tâm nghiên
cứu. Ở đây công việc chặt hạ có thể sử dụng cưa xăng để nâng cao tính cơ


2
động, còn việc vận xuất không thể dùng sức kéo thủ công được mà bắt buột
phải áp dụng máy móc để cơ giới hoá khâu công việc nặng nhọc này.
Trong thời gian qua đề tài trọng điểm 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”, do TS. Nguyễn Văn Quân chủ trì cùng một số cán bộ trong
khoa Cơ Điện và Công Trình - Trường Đại học Lâm nghiệp đã nghiên cứu
thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thành công thiết bị tời cáp và càng ngoạm lắp
sau máy kéo DT – 75 để vận xuất gỗ rừng tự nhiên. Quá trình khảo nghiệm tại
khu khai thác rừng tự nhiên thuộc Ban quản lý rừng Sông Chàng - Như Xuân
– Thanh Hoá, đã bước đầu đánh giá được hiệu quả làm việc của thiết bị. Để
đưa vao ứng dụng rộng rãi trong thực tế thì yêu cầu phải hoàn thiện thiết kế
cơ khí, đưa ra được chế độ vận hành và sử dụng hợp lý LHM (liên hợp máy).
Do đó việc nghiên cứu các tính chất động học và động lực học của thiết bị và
LHM là rất cần thiết. Xuất phát từ những lý do trên tôi tiến hành thực hiện đề
tài:
“ Nghiên cứu một số tính chất động học và động lực học của thiết bị tời cáp
– càng ngoạm gỗ lắp trên máy kéo DT-75 để vận xuất gỗ rừng tự nhiên”.

* Ý nghĩa khoa học của đề tài:
Xây dựng mô hình làm việc của LHM kéo DT75 với thiết bị tời cáp và
ngoạm giữ gỗ từ đó đánh giá ảnh hưởng của điều kiện làm việc đến khả năng
làm việc của thiết bị và LHM.
* Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
Kết quả nghiên cứu là cơ sở cho việc hoàn thiện kết cấu cơ khí của thiết
bị tời cáp và càng ngoạm giữ gỗ, đồng thời phục vụ cho việc chọn chế độ sử
dụng hợp lý khi vận xuất gỗ rừng tự nhiên.


3

Chương 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng công nghệ và thiết bị khai thác rừng
tự nhiên trên thế giới.
1.1.1. Công nghệ khai thác
Ở các nước phát triển về lâm nghiệp như Phần Lan, Thụy Điển, Nga
…và các nước có tài nguyên rừng phong phú như Brazil, Ethiopia, …người ta
thường áp dụng một số loại hình công nghệ khai thác sau:
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.
Công nghệ 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 (shortwood 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.
Các loại hình công nghệ khai thác trên nói chung được áp dụng rộng rãi
tuy vậy tuỳ vào từng khu vực, điều kiện địa hình, loại rừng đặc trưng và yêu
cầu bảo vệ môi trường mà áp dụng loại hình công nghệ phù hợp.
Ở các nước đang phát triển hoạt động khai thác gỗ có thể được chia
thành 2 nhóm rõ ràng: Khai thác gỗ ở rừng tự nhiên và khai thác gỗ trong các


4
đồn điền. Đối với các khu vực nhiệt đới thì diện tích rừng tự nhiên chiếm số
lượng khá lớn. Công nghệ và thiết bị phục vụ khai thác rừng tự nhiên đòi hỏi
máy móc và chi phí khá tốn kém. Hiện nay do sự suy thoái dần của rừng tự
nhiên. Do vậy ở các nước đang phát triển việc phát triển các khu rừng trồng
đang được ưu tiên mở rộng để đáp ứng nhu cầu hiện tại và tương lai.[27].
Trong những năm gần đây công nghệ khai thác với việc áp dụng các biện
pháp giảm thiểu tác động tác động xấu đến môi trường là vấn đề được quan
tâm nghiên cứu ở nhiều nước trên thế giới. Hiệu quả của khâu khai thác gỗ
không chỉ tính riêng về mặt kinh tế mà còn bao gồm cả hiệu quả của các biện
pháp hạn chế tác động đến môi trường. Hội thảo của Ủy ban lâm nghiệp Châu
Á – Thái Bình Dương (Asia – Pacific Foresty Commission) 2/1998 đã ban
hành "Quy phạm thực hành về khai thác rừng khu vực Châu Á – Thái Bình
Dương". Quy phạm này đưa ra các hướng dẫn về các quy tắc khai thác rừng
tự nhiên ở khu vực Châu Á – Thái Bình Dương nhằm giảm thiểu tác động xấu
đến môi trường.
Trong tất cả các khâu của quá trình khai thác gỗ, khâu vận xuất giữ một
vai trò hết sức quan trọng, ảnh hưởng rất lớn đến năng suất, giá thành và chi
phí khai thác. Để giảm giá thành, tăng năng suất lao động, đồng thời vẫn đảm
bảo yêu cầu về môi trường, xã hội, nên nhiều nước trên thế giới đã không
ngừng cải tiến công nghệ và thiết bị, áp dụng những thành tựu khoa học kỹ

thuật mới cho khâu vận xuất. Để vận xuất gỗ từ nơi chặt hạ ra các bãi gỗ, tùy
theo điều kiện của mỗi nước và mỗi vùng sản xuất khác nhau mà áp dụng các
hình thức sau:
- Hình thức vận xuất gỗ bằng thủ công: Vác vai, súc vật kéo,...
- Hình thức vận xuất gỗ bằng máng lao;
- Hình thức vận xuất gỗ bằng tời;


5
- Hình thức vận xuất gỗ bằng đường cáp trên không;
- Hình thức vận xuất gỗ bằng máy kéo;
- Hình thức vận xuất gỗ bằng khinh khí cầu hoặc máy bay.
1.1.2 Hệ thống thiết bị cơ giới hóa khai thác gỗ
Hiện nay ở trên thế giới với sự phát triển của khoa học kỹ thuật nói
chung và trong lĩnh vực lâm nghiệp nói riêng, các nghiên cứu, cải tiến đã
được ứng dụng rộng rãi vào thực tế sản xuất. Thiết bị chặt hạ dần được cải
tiến theo hướng hoàn thiện kết cấu, tăng năng suất, giảm tối đa chi phí và
nghiên cứu cải tiến các LHM vừa khai thác, vừa vận xuất.
Các loại liên hợp máy vừa khai thác, vận xuất và bốc dỡ đã đưa vào sử
dụng rộng rãi. Trên hình vẽ 1.1 LHM hạ cây cắt cành, cắt khúc. Ở đây ngoạm
được trang bị trên tay thuỷ lực đồng thời ngoạm được trang bị bộ phận cắt để
hạ cây, cắt cành, ngọn và cắt khúc [23].

Hình 1.1 LHM khai thác gỗ khúc
Trong công nghệ khai thác gỗ nguyên cây, các LHM vận xuất - bốc dỡ
được trang bị ngoạm lắp trên tay thuỷ lực và rơmoóc. Gỗ sau khi được chặt
hạ, để nguyên cả cây. Sau đó LHM vận xuất - bốc dỡ kẹp chặt một đầu gỗ
bằng cơ cấu càng ngoạm, nâng và vận xuất theo phương pháp nửa lết ra bãi

6
gỗ. Tại bãi gỗ các công việc như cắt cành, cắt ngọn, cắt khúc mới được thực
hiện. Trên hình 1.2 và 1.3 là một số LHM vận xuất có trang bị tay thuỷ lực
với cơ cấu ngoạm.

Hình 1.2 Ngoạm được trang bị trên các LHM vận xuất - bốc dỡ

Hình 1.3 Vận xuất gỗ bằng thiết bị càng ngoạm lắp trên máy kéo bánh hơi
Đối với rừng tự nhiên, do địa hình khai thác khó khăn (độ dốc lớn),
đường kính cây gỗ lớn, các LHM khai thác - vận xuất yêu cầu phải có lực kéo
và bám lớn. Đáp ứng yêu cầu này thì chỉ có máy kéo bánh xích, các loại máy
kéo xích có công suất lớn, khả năng kéo bám ổn định cao. Chính vì vậy nên
các LHM khai thác - vận xuất có cơ cấu bánh xích đã sử dụng rộng rãi ở
nhiều quốc gia trên thế giới.


7

Hình 1.4. Liên hợp máy khai thác gỗ nguyên cây do hãng Timberjack sản
xuất [26]
Ở một số nước như Phần Lan, Nga, khi khai thác gỗ ở những vùng đất
yếu (đất than bùn ) người ta sử dụng máy kéo xích để vận xuất gỗ.
Mặt khác ta thấy đối với rừng tự nhiên do địa hình khai thác khó khăn
(độ dốc lớn, khu khai thác rộng) nhằm hạn chế sự di chuyển của máy kéo để
giảm thiểu chi phí năng lượng, sự phá hoại đất rừng và cây con. Trên máy kéo
cần phải được trang bị thêm hệ thống tời cáp để gom gỗ từ các điểm khác
nhau trong khu vực khai thác về tập trung một chỗ. Do đó một số loại máy
kéo xích ngoài ngoạm được lắp trên tay thuỷ lực, còn được trang bị thêm tời
cáp để kéo gỗ ở các khu vực khác nhau trong khu khai thác theo phương pháp
lết hoặc nửa lết về tập trung tại vị trí của máy kéo. Theo phương pháp này thì

máy kéo đứng yên một chỗ, dùng cáp buột vào đầu cây gỗ, sau đó dùng tời để
kéo gỗ về vị trí đỗ máy. Phương pháp này hạn chế sự di chuyển của máy kéo
trong khu khai thác do vậy giảm thiểu được sự phá hoại đất rừng và các loại
cây còn lại trong quá trình vận xuất (hình 1.5).


8

a

b

Hình 1.5. Vận xuất gỗ rừng tự nhiên bằng thiết bị tời cáp trên máy kéo
bánh xích.
a- Gom gỗ bằng tời cáp được trang bị trên máy kéo bánh xích; b- Vận xuất gỗ
bằng máy kéo theo phương pháp kéo nửa lết bằng máy kéo bánh xích.
Hiện nay các nghiên cứu về máy kéo xích trên thế giới đang tập trung
chủ yếu vào một số hướng sau đây: [10]
- Tăng công suất của động cơ, giảm trọng lượng để tăng tốc độ của máy kéo.
- Hoàn thiện hệ thống truyền lực nhờ sử dụng truyền lực thuỷ lực cho phép
truyền động được êm dịu.
- Hoàn thiện bộ phận truyền động: Sử dụng xích cao su có vấu thép để làm
việc ở những nơi có nền đất yếu (áp lực lên đất cho phép 0.015 – 0.02 MPA).
- Chế tạo cơ cấu căng xích cho phép giảm lực cản chuyển động của đầu kéo
khi chuyển động ở các tốc độ khác nhau.
- Mắt xích được rèn từ thép hợp kim lắp các ngõng cao su cho phép mắt xích
uốn lượn được không bị gãy khi đi qua đá và kéo dài tuổi thọ.
- Hoàn thiện hệ thống treo của máy kéo.
- Hoàn thiện hệ thống khung máy: Sử dụng khung gập.

9
- Tạo điều kiện thuận lợi cho người lái: Thiết kế cabin nằm cân xứng theo trục
dọc của máy kéo, trang bị hệ thống lò xo, giảm xóc cho ghế lái.
- Nghiên cứu thay thế dần xích làm từ kim loại bằng vật liệu compesite để
giảm thiểu sự phá hoại đất rừng và cây con.
1.2. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng công nghệ và thiết bị khai thác rừng
tự nhiên ở Việt Nam.
1.2.1 Về công nghệ khai thác
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 theo phương pháp thủ công (vác vai, lao
xeo hoặc trâu bò kéo). Tuy nhiên ở mỗi vùng, khu vực khác nhau do điều kiện
địa hình, trữ lượng gỗ và cơ sở vật chất được trang bị mà có các công nghệ
khai thác phù hợp. Ví dụ ở Nam Trung Bộ do địa hình rừng có độ dốc nhỏ,
mật độ tập trung diện tích rừng lớn hơn so với độ dốc và mật độ tập trung của
rừng ở Vùng núi phía Bắc nên công nghệ khác thác cũng khác nhau nhiều.
Việc áp dụng máy móc cơ giới hóa khai thác gỗ nói chung và vận xuất gỗ nói
riêng ở khu vực Nam Trung Bộ rất thuận lợi. Hình 1.6 và 1.7 thể hiện 2 loại
hình công nghệ khai thác gỗ điển hình ở Miền Bắc và Tây Nguyên thuộc Nam
Trung Bộ.
Chặt hạ
(cưa xăng)

Cắt khúc
(Cưa xăng)

Xẻ hộp
(Cưa xăng)

Vận xuất
(Súc vật hoặc
máy kéo)

Bãi gỗ

Hình 1.6 Sơ đồ công nghệ khai thác gỗ rừng tự nhiên ở miền Bắc
Trong sơ đồ công nghệ này, khâu chặt hạ, cắt khúc và xẻ hộp chủ yếu được
thực hiện chủ yếu bằng cưa xăng. Do địa hình quá dốc nên khâu vận xuất
trong sơ đồ công nghệ này đa số được thực hiện bằng xúc vật kéo hoặc lao
xeo. Trong một số trường hợp địa hình không quá phức tạp người ta sử dụng


10
máy kéo chuyên dùng để ngoạm gỗ hoặc sử dụng thiết bị tời cáp để gom gỗ
về phía chân dốc rồi từ đó dùng máy kéo để vận xuất tới bãi gỗ.
Sơ đồ công nghệ này có ưu điểm là chi phí trên một đơn vị sản phẩm thấp,
điều kiện đầu tư thấp cũng có thể thực hiện được. Tuy vậy tỷ lệ lợi dụng gỗ
thấp, gây lãng phí tài nguyên rừng.
Chặt hạ
(cưa xăng)

Cắt khúc
(Cưa xăng)

Vận xuất
(Máy kéo)

Bãi gỗ

Hình 1.7. Sơ đồ công nghệ khai thác gỗ rừng tự nhiên khu vực Tây Nguyên
Trong sơ đồ này, khâu chặt hạ và cắt khúc cũng được thực hiện chủ yếu
bằng cưa xăng , sau khi cắt khúc gỗ sẽ được vận xuất tới bãi gỗ nhờ máy kéo hoặc
xúc vật kéo. Công nghệ này có ưu điểm là tỷ lệ tận dụng gỗ lớn hơn, chất lượng
gỗ cũng được đảm bảo hơn nhưng chi phí giá thành trên một đơn vị sản phẩm cao
hơn.
Trong công nghệ khai thác gỗ, tùy theo điều kiện và trang thiết bị của
mỗi địa phương, mỗi khu vực, mỗi lâm trường mà kết hợp một số hình thức
vận xuất sau:
- Vận xuất gỗ bằng thủ công: Vác vai, trâu bò kéo...
- Vận xuất gỗ bằng máng lao, lao xeo;
- Vận xuất gỗ bằng tời cáp;
- Vận xuất gỗ bằng máy kéo;
- Vận xuất gỗ bằng các đường cáp treo.
1.2.2. Về hệ thống thiết bị
Từ những năm trước, ở một số tỉnh miền núi phía Bắc (Yên Bái, Tuyên
Quang, Phú Thọ …) là những vùng chuyên canh trồng gỗ nguyên liệu cho các


11
nhà máy giấy, đã được chính phủ Thụy Điển tài trợ một số máy móc và thiết
bị bốc dỡ và vận xuất gỗ ví dụ như hệ thống cáp, máy kéo Volvo… Hiện nay
khi chính phủ Thụy Điển không còn tài trợ nữa, các máy móc thiết bị đó dần
hỏng hóc, phụ tùng thay thế rất khan hiếm, hầu như không có. Đa số các máy
móc, thiết bị khai thác đều được nhập khẩu từ nước ngoài. Các loại máy móc
và thiết bị này được thiết kế phù hợp với điều kiện khai thác rừng ở các nước
trên thế giới. Đặc điểm khai thác rừng ở nước ta có sự khác biệt rõ rệt với các
nước trên thế giới, do đó việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo và cải tiến tạo ra
các thiết bị khai thác và vận xuất phù hợp với điều kiện thực tế ở nước ta là
rất cần thiết. Hiện nay ở nước ta việc khai thác gỗ nói riêng và lâm sản nói

chung chủ yếu vẫn bằng thủ công.
Việc chặt hạ, cắt cành, cắt khúc được thực hiện bằng cưa xăng, cưa
mang, … Sau đó được vận xuất bằng vác vai, lao xeo hoặc súc vật (Trâu,
Bò,...) kéo ra bãi gỗ. Từ đó được vận chuyển bằng ôtô hoặc tàu, thuyền tới
các nhà máy. Dưới đây là một số thiết bị phổ biến dùng trong khai thác gỗ ở
nước ta [8]

Hình 1.8. Cưa xăng Mc.culloch và Husqvarna 365 [8]


12

Hình 1.9. Vận xuất gỗ bằng súc vật kéo[8]
Ở Miền Bắc nước ta do địa hình đồi núi có độ dốc lớn, rừng bị chia nhỏ
giao cho từng hộ gia đình. Vì vậy việc áp dụng cơ giới hoá khai thác gặp rất
nhiều khó khăn. Chủ yếu khâu vận xuất vẫn bằng thủ công súc vật kéo, máng
lao… Ngoài ra còn dùng đường cáp để vận xuất gỗ.

Hình 1.10. Vận xuất gỗ bằng máng lao

Hình 1.11. Vận xuất gỗ bằng đường cáp


13
Từ những năm 1960, nước ta đã nhập và đưa vào sử dụng một số loại
máy kéo của nước ngoài phục vụ vào khâu vận xuất gỗ như TDT 40, TDT 55.
Sau năm 1970 nhập và đưa vào sử dụng máy kéo TT 4, LKT80, LKT120. Các
loại máy này đã phù hợp với đặc điểm khai thác rừng tự nhiên với quy mô sản
xuất lúc bấy giờ.[5] Các loại máy kéo này có công suất khá lớn, khả năng vận
chuyển được khối lượng gỗ lớn. Tuy vậy chi phí nhiên liệu, mức độ phá hoại

đất rừng và cây con lớn. Loại xe Reo 7 do Mỹ sản xuất được trang bị thêm hệ
thống tời cáp và dàn khung trên xe nên có thể gom gỗ từ xa, tự bốc và vận
chuyển gỗ. Đây là mẫu LHM rất phù hợp với điều kiện khai thác có độ dốc
thấp như ở khu vực Nam Trung Bộ.(hình 1.1.).[5]

Hình 1.12. Vẫn xuất gỗ bằng máy kéo LKT 80 kết hợp tời cáp

Hình 1.13. Vẫn xuất gỗ bằng máy kéo bánh xích TDT55


14

Hình 1.14. Vận chuyển gỗ bằng xe Reo
Năm 1980 máy kéo bánh hơi Volvo của Thụy Điển được nhập vào nước
ta để phục vụ cho các khâu bốc dỡ và vận chuyển gỗ rừng trồng ở các khu
nguyên liệu giấy, do không có thiết bị tời cáp để gom gỗ nên máy chỉ sử dụng
trong công tác bốc dỡ, vận chuyển là chính.
Để khai thác gỗ rừng tự nhiên và khai thác gỗ rừng trồng ở một số vùng
nguyên liệu giấy sợi, gỗ trụ mỏ, chúng ta đã nhập khẩu và đưa vào sử dụng
một số loại máy kéo, trong đó có cả những máy kéo nông nghiệp.
1.2.3 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng thiết bị tời cáp và càng ngoạm để
vận xuất gỗ
Vận xuất gỗ là quá trình di chuyển cây gỗ từ nơi chặt hạ về tập trung ở
bãi gỗ ven đường hoặc kho gỗ I rồi từ đó gỗ được vận chuyển đến một nơi
tiêu thụ. Đây là khâu công việc khó khăn, nặng nhọc và phức tạp nhất trong
dây chuyền công nghệ khai thác gỗ, ảnh hưởng đến, năng suất, chất lượng gỗ,
cây con và đất rừng. Ở nước ta trong một vài năm trở lại đây đã có nhiều
nghiên cứu, cải tiến, thiết kế và chế tạo các trang thiết bị máy móc phục vụ
cho khâu sản xuất này. Để tận dụng nguồn động lực sẵn có, đa số các hướng
nghiên cứu đều tập trung nghiên cứu chế tạo ra các trang thiết bị lắp trên các

15
máy kéo lâm nghiệp hoặc các máy kéo nông nghiệp sẵn có để tạo thành LHM
vận xuất gỗ. Tuy vậy hiệu quả mà các công trình nghiên cứu đem lại chưa
cao:
Năm 1960 tập thể cán bộ Phòng cơ giới lâm trường Bắc Yên và Viện
Công nghiệp rừng, đã nghiên cứu chế tạo tời 2 trống lắp trên máy kéo Krabat
để vận xuất gỗ. Hệ thống thiết bị này mới chỉ đánh giá được chỉ tiêu sử dụng,
các tính chất động học và động lực học chưa được nghiên cứu nên còn hạn
chế trong việc lựa chọn chế độ sử dụng.
Năm 1972 Tiến sĩ Nguyễn Kính Thảo và tập thể cán bộ giảng dạy
trường Đại học Lâm nghiệp đã nghiên cứu, chế tạo thành công máy kéo
khung gập L35 với thiết bị tời cáp để vận xuất gỗ phù hợp với điều kiện địa
hình phức tạp của rừng tự nhiên. Máy có thể nhả cáp của tời kéo gỗ từ xa tới
bãi tập kết gỗ và có thể len lỏi trong khu khai thác để vận xuất gỗ theo
phương pháp nữa lết với bán kính quay vòng nhỏ.[6]
Vào những năm 1980, Viện khoa học Lâm nghiệp đã thiết kế, chế tạo và
thử nghiệm rơmoóc chuyên dùng được trang bị tơi cáp để bốc gỗ nhỏ theo
phương pháp bốc dọc kiểu xe Reo, động lực là máy kéo nông nghiệp nhãn
hiệu Zetor [6].
Năm 1994 PGS. TS Nguyễn Nhật Chiêu cùng một số cán bộ giảng dạy
trường Đại học Lâm nghiệp đã nghiên cứu thành công một đề mục của đề tài
cấp nhà nước KN - 03 – 04: “ Thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm thiết bị vận
xuất, bốc dỡ và vận chuyển để phục vụ khai thác gỗ nhỏ rừng trồng”. Đề tài
đã nghiên cứu thiết kế và chế tạo thành công rơmoóc 1 trục, tời cơ học và cơ
cấu nâng đầu bó gỗ dẫn động bằng thuỷ lực lắp trên máy kéo cơ sở MTZ50.
Đây là thiết bị có sự kết hợp giữa tời cáp và cơ cấu nâng đầu gỗ bằng thuỷ lực
giúp cho việc gom gỗ và bốc gỗ lên rơmoóc hiệu quả.[6]

16
Năm 1997 nhóm cán bộ giảng dạy trường Đại học Lâm nghiệp đã nghiên
cứu thiết kế, chế tạo thành công thiết bị chuyên dùng là tời cơ khí 1 trống và
cần treo gỗ chữ A lắp trên máy kéo DFH – 180 để vận xuất gỗ nhỏ rừng
trồng.
Năm 2001, TS Nguyễn Tiến Đạt nghiên cứu cơ sở lý thuyết và thực
nghiệm của việc sử dụng máy kéo cỡ nhỏ để cơ giới hóa khâu vận xuất gỗ
rừng trồng ở Việt Nam. Đề tài đã nghiên cứu được ảnh hưởng của độ mấp mô
mặt đường, tốc độ và tải trọng tới một số đặc tính động lực học của máy kéo
có công suất nhỏ với thiết bị tời cáp khi vận xuất gỗ rừng trồng.
Năm 2002, TS Nguyễn Văn Quân đã nghiên cứu áp dụng máy kéo bánh
hơi nông nghiệp để vận xuất gỗ nhỏ rừng trồng. Đề tài đã xây dựng được mô
hình máy kéo nông nghiệp MTZ50 gom gỗ, nâng gỗ lên rơmooc và xác định
được lực tải công nghệ tác dụng lên máy kéo và trang bị chuyên dùng khi
LHm vận xuất gỗ nhỏ rừng trồng. [11]
Năm 2007, Thạc sỹ Nguyễn Hồng Quang đã nghiên cứu dao động của
máy kéo Shibaura với thiết bị tời cáp khi vận xuất gỗ theo phương pháp kéo
nửa lết, làm cơ sở cho việc hoàn thiện thiết kế cơ khí và lựa chọn chế độ sử
dụng hợp lý.[6]
Năm 2008, Thạc sỹ Đặng Thị Hà đã nghiên cứu động lực học quá trình
khởi hành của liên hợp tời cáp, cần treo gỗ lắp trên máy kéo cỡ nhỏ để vận
xuất gỗ rừng trồng trên dốc dọc. Làm cơ sở cho việc đưa ra chỉ dẫn sử dụng
liên hợp máy nhằm đảm bảo an toàn, ổn định trên đồi dốc khi khởi hành.[6]
Việc sử dụng và nghiên cứu tận dụng các nguồn động lực sẵn có để cải
tiến, thiết kế, chế tạo và lắp ráp thêm một số bộ phận chuyên dùng nhất là hệ
thống tời cáp trang bị trên máy kéo tạo thành LHM để vận xuất gỗ ở nước ta
đã đạt được nhiều thành quan trọng.

17
Tóm lại, để hoàn thiện thiết kế cơ khí và lựa chọn chế độ sử dụng hợp lý
đảm bảo tính an toàn và ổn định cho LHM, ứng dụng rộng rãi vào thực tiễn
sản xuất thì cần phải nghiên cứu đầy đủ hơn về các yếu tố ảnh hưởng tới khả
năng làm việc, các tính chất động học và động lực học của thiết bị nói chung
và LHM nói riêng. Vì những lý do đó nên tôi tiến hành thực hiện đề tài:
“ Nghiên cứu một số tính chất động học và động lực học của thiết bị tời cáp
– càng ngoạm gỗ lắp trên máy kéo DT-75 để vận xuất gỗ rừng tự nhiên”.


18

Chương 2
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu
Nghiên cứu một số tính chất động học và động lực học của thiết bị tời
cáp – càng ngoạm gỗ lắp trên máy kéo DT 75 để làm cơ sở cho việc hoàn
thiện thiết kế cơ khí, xác định khả năng làm việc và lựa chọn chế độ sử dụng
hợp lý của thiết bị khi vận xuất gỗ rừng tự nhiên.
2.2. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là LHM kéo bánh xích DT75 với thiết
bị tời cáp - ngoạm giữ gỗ do đề tài trọng điểm 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” đã nghiên cứu, thiết kế và chế tạo (Hình 2.1)

Hình 2.1 - Cấu tạo của LHM
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. Xylanh nâng hạ cần;

10. Rulô đỡ cáp.


19
2.2.1 Đặc tính kỹ thuật của máy kéo DT75
Máy ủi DT – 75 là loại máy kéo xích công dụng chung, cấp lực kéo 3 (tấn)
Trên máy có thể đặt động cơ SMD - 14 hoặc SMD - 14 NG, thuộc loại động cơ
diezel 4 xi lanh, 4 kỳ làm mát bằng nước. Động cơ SMD - 14 có buồng xoáy, còn
động cơ SMD - 14NG nhiên liệu phun trực tiếp vào buồng đốt trên đỉnh Piston.
Công suất danh định của động cơ SMD - 14 là 75 mã lực ở số vòng quay 1700 vòng
/phút của trục khuỷu, công suất của SMD - 14 NG là 80 mã lực ở số vòng quay trục
khuỷu 1800 vòng/phút. Đặc tính kỹ thuật của máy ủi DT 75 ghi trong bảng 2.1[12]
Bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật chính của máy kéo DT75
a. Các số liệu chung
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

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

Với bộ phận tăng mô men quay


20
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

3000

Số truyền 2
Số truyền 3
Số truyền 4

2620
2300
2020

Số truyền 5
Số truyền 6
Số truyền 7

1710
1490
1110

b. 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

Côg 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

Dung tích làm việc của xi lanh, lít

6,33

Tỷ số nén
Suất tiêu hao nhiên liệu (g/mã lực.h)

17
185

c. Hệ thống truyền lực
Bộ ly hợp chính

Khô, 2 đĩa luôn đóng

Truyền lực các đăng

Trục với bạc đàn hồi

190


21
Hộp số

Cơ học 7 cấp

Cơ cấu chuyển hướng

2 bộ phận giảm tốc hành tinh với phanh dải

Phanh dừng

2 phanh dải

Truyền lực cuối cùng

Cặp bánh răng trụ

Trục thu công suất

(568 vòng/phút) theo chiều kim đồng hồ

2.2.2 Thông số kỹ thuật của tời cáp lắp trên máy kéo
Tời cáp được lắp sau máy kéo cơ sở bằng hệ thống khung đỡ được làm
bằng thép 45. Một số thông số cơ bản của tời cáp có liên quan đến quá trình
tính toán thể hiện trong bảng sau:
Bảng 2.2 – Thông số cơ bản của tời cáp[12]
Thông số

TT

Đơn vị

Giá trị

1

Số lớp cáp trên trống tời

Lớp

5

2

Dung lượng cáp

m

1000

3

Đường kính cáp

mm

14

4

Đường kính trong của trống tời

mm

200

2.2.3 Thông số kỹ thuật của càng ngoạm gỗ
Càng ngoạm 8 được lắp trên treo 5 nâng hạ bằng hệ thống 2 xilanh, tất
cả cum chi tiết này được lắp với khung máy. Một số thông số cơ bản của càng
ngoạm thể hiện trong bảng 2.3:
Bảng 2.3 – Thông số kỹ thuật cơ bản của càng ngoạm[12]
TT

Thông số

Đơn vị

Giá trị

1

Độ mở lớn nhất của càng ngoạm

mm

1500

2

Đường kính cây gỗ nhỏ nhất có thể ngoạm được

mm

200

3

Chiều cao nâng ngoạm lớn nhất

mm

1500

22
2.3. Phạm vi nghiên cứu.
Để đảm bảo tính khoa học nội dung nghiên cứu của đề tài giới hạn trong
phạm vi sau:
Ta thấy chu kỳ làm việc của thiết bị tời cáp và càng ngoạm trải qua một
số thao tác sau: Gỗ sau khi được chặt hạ bằng cưa xăng, cắt cành, cánh ngọn
và cắt khúc. Sau đó dùng máy kéo được trang bị tời cáp để gom gỗ theo
phương pháp kéo lết đến đường vận xuất khi đã gom đủ tải trọng chuyến thì
dùng càng ngoạm, ngoạm chặt gỗ và vận xuất về bãi gỗ 1 theo phương pháp
nữa lết. Do điều kiện về thời gian và kinh phí, trong luận văn này tôi tập trung
nghiên cứu quá trình gom gỗ của thiết bị tời cáp.
2.4. Nội dung nghiên cứu
Để đạt được mục tiêu đề ra, luận văn tập trung giải quyết những nội
dung sau:
2.4.1. Nghiên cứu lý thuyết
- Xây dựng mô hình làm việc của LHM khi gom gỗ bằng tời cáp.
- Thiết lập phương trình động học và động lực học của cây gỗ khi kéo gỗ
bằng tời cáp.
- Mô phỏng quá trình gom gỗ bằng tời cáp của LHM
- Xác định khả năng làm việc của LHM khi gom gỗ.
2.4.2. Nghiên cứu thực nghiệm
- Xác định hệ số ma sát giữa gỗ và mặt đất khi gom gỗ.
- Xác định toạ độ trọng tâm của LHM .
- Xác định lực kéo cáp của tời gom gỗ ở một số dạng địa hình và tải trọng cụ
thể.


23

2.5. Phương pháp nghiên cứu
2.5.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
Nghiên cứu động học và động lực học của thiết bị tời cáp và càng ngoạm
lắp sau máy kéo DT -75 để vận xuất gỗ, trước hết cần xây dựng được mô hình
tính toán. Mô hình này phải phản ánh được những đặc điểm cơ bản của hệ
thống. Trong phạm vi đề tài này tôi sử dụng một số phương pháp sau để
nghiên cứu:
a. Phương pháp giải tích: Theo phương pháp này sau khi lập được mô hình
tính toán, dựa vào các định luật cơ học để mô tả chuyển động cơ học bằng các
phương trình vi phân. Việc lựa chọn các phương pháp để thiết lập phương
trình vi phân của hệ nhiều bậc tự do phụ thuộc vào mô hình cơ học của máy.
Đối với các cơ cấu đàn hồi người ta sử dụng phương pháp lực, phương pháp
biến dạng, phương pháp phần tử hữu hạn; đối với các hệ phức tạp người ta sử
dụng các phương pháp hệ con (phương pháp tách cấu trúc); đối với các hệ
gồm các chất điểm, chất rắn, các phần tử lò xo, các phần tử cản người ta
thường dùng phương trình Lagranger loại II.
Cụ thể trong phạm vi luận văn này tôi sử dụng phương trình của định
luật 3 Newton để thiết lập các phương trình chuyển động của cây gỗ. Dạng cơ
bản của phương trình:


F  ma
Trong đó:
m – Khối lượng của cây gỗ, kg
a – Gia tốc của cây gỗ, m/s2
F – Lực tác động lên cây gỗ, N

(2.1)