Nghiên cứu một số thông số về cấu tạo và chế độ làm việc của máy khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo shibaura SD 3100

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

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

VŨ VĂN CẢNH

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ VỀ CẤU TẠO
VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY KHOAN HỐ TRỒNG CÂY
LẮP TRÊN MÁY KÉO SHIBAURA SD 3100A

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá nông lâm nghiệp
Mã Số: 60 52 14

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2010


1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Như chúng ta đã biết rừng có rất nhiều tác dụng trong đời sống, sản xuất
và đặc biệt là vấn đề sinh tồn của con người, như sản xuất ra sản phẩm phục
vụ xã hội, cân bằng sinh thái, bảo vệ môi trường tự nhiên. Nhưng hiện nay
rừng của nước ta ngày càng bị tàn phá và thu hẹp do nhiều nguyên nhân khác
nhau đó là do bị chiến tranh tàn phá, do khai thác quá mức lại không có kế
hoạch trồng và bảo vệ rừng phù hợp, do hiện tượng du canh du cư phá rẫy
làm nương của đồng bào dân tộc thiểu số, do lâm tặc hoành hành và đặc biệt

là do nguy cơ cháy rừng luôn đe doạ đến an toàn của rừng ..., làm ảnh hưởng
rất nhiều đến kinh tế- xã hội và môi trường. Do vậy việc trồng rừng phủ xanh
đất trống đồi núi trọc hiện nay có một ý nghĩa quan trọng và cấp bách.
Đứng trước tình hình nguồn tài nguyên rừng ngày càng bị cạn kiệt, Đảng
và Nhà nước ta hết sức quan tâm đến việc phát triển lâm nghiệp, trong đó có
công tác trồng rừng, phủ xanh đất trống đồi núi trọc. Chúng ta đã có nhiều
chương trình dự án cho trồng rừng , nhằm khôi phục và phát triển nguồn tài
nguyên rừng, đó là phát triển nghề rừng gắn với việc ổn định và phát triển đời
sống của đồng bào miền núi, đồng thời có chủ trương đẩy mạnh trồng rừng,
phủ xanh đất trống đồi núi trọc, theo chủ trương này, rừng và đất rừng được
giao cho các đơn vị tập thể và các hộ gia đình quản lý sử dụng lâu dài. Tạo
nên những đơn vị sản xuất Nông - Lâm nghiệp với quy mô vừa và nhỏ . Đề ra
chủ trương biện pháp bảo vệ rừng, khai thác chế biến gỗ hợp lý, tạo điều kiện
cho miền núi phát huy thé mạnh về sản xuất lâm nghiệp. Đặc biệt tại kỳ họp
lần thứ II Quốc hội khoá 10 đã thông qua nghị quyết " Dự án trồng 5 triệu ha
rừng trong giai đoạn 1998 - 2010" Đây là một nhiệm vụ trọng tâm của chính
sách lâm nghiệp trong thời kỳ công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước. Sự
thành công của dự án sẽ đem lại cân bằng sinh thái , cải thiện môi trường,
đồng thời đáp ứng nhu cầu nhiên liệu cho các ngành kinh tế và đời sống của
nhân dân.


2

Để thực hiện được nhiệm vụ trên nghành lâm nghiệp phải “Xã hội hoá
nghề rừng” thực chất là thu hút sự tham gia của toàn xã hội , của mọi người
dân vào sản xuất lâm nghiệp, áp dụng rộng rãi cơ giới hoá vào sản xuất lâm
nghiệp, đầu tư áp dụng tiến bộ của khoa học kỹ thuật để nâng cao năng suất,
giảm nhẹ sức lao động, sử dụng nhiều biện pháp và công nghệ đồng bộ từ
khâu làm đất gieo ươm, trồng cây chăm sóc, bảo vệ đến khai thác, sơ chế, bảo

quản và chế biến..., trong đó khâu làm đất trồng rừng đóng vai trò vô cùng
quan trọng, quyết định tới 25 % năng suất của cây trồng.
Trong quá trình trồng rừng, làm đất là khâu nặng nhọc, vất vả, đòi hỏi chi
phí nhiều năng lượng, mặt khác đối với những vùng đất đồi núi trọc bề mặt
đất thường bị trai cứng cho nên công việc này càng rất khó khăn. Để giảm bớt
khó khăn trong quá trình làm đất và đẩy mạnh việc trồng rừng thì việc cơ giới
hoá khâu làm đất là hết sức quan trọng. Một trong những biện pháp cơ giới
làm đất là khoan hố trồng cây, để giảm chi phí và cải thiện điều kiện làm việc
thì việc nghiên cứu áp dụng cơ giới hoá trong khâu khoan hố là một bài toán
cần thiết . trong lĩnh vực này thì còn rất nhiều vấn đề cần nghiên cứu nhưng
vấn đè cần quan tâm nhất là cấu tạo bộ phận dao cắt sao cho khi khoan hố
giảm tiêu hao công suất và đảm bảo độ tơi xốp của đất thành hố nghĩa là giảm
được chi phí năng lượng,tiết kiệm nhiên liệu góp phần hạ giá thành trồng
rừng, đồng thời làm cho cây mới trồng được phát triển bình thường, tỷ lệ cây
sống cao, tăng trưởng nhanh.Nghiên cứu một số thông số về cấu tạo lưỡi
khoan của máy khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo Shibaura hiện nay là một
việc hết sức cần thiết, Để nâng cao năng suất và hiệu quả sử dụng của máy
khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo Shibaura SD 3100 đang được sử dụng
phổ biến tại Việt Nam. Đồng thời xuất phát từ những cơ sở khoa học và thực
tiễn trên, tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu một số về cấu tạo và chế độ làm
việc của máy khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo Shibaura SD 3000A "


3

Kết quả nghiên của đề tài sẽ là tài liệu cần thiết cho việc tính toán, thiết
kế và cải tiến một số lưỡi khoan, nhằm mục đích giảm tiêu hao công suất tiến
tới giảm chi phí năng lượng cho việc khoan hố trồng cây và đảm bảo cây trồng
phát triển tốt nhất.
* Ý nghĩa khoa học của đề tài

Nghiên cứu một số thông số về cấu tạo và chế độ làm việc của máy
khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo Shibaura 3000A làm cơ sở cho việc hoàn
thiện thiết kế, cải tiến mẫu máy để nâng cao năng suất và hiệu quả sử dụng máy
khoan hố trồng cây.
* Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Kết quả nghiên cứu là cơ sở cho việc hoàn thiện thêm về mặt kết cấu
mẫu áy khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo Shibaura 3000A đồng thời phục
vụ cho việc chọn chế độ sử dụng hợp lý khi sử dụng liên hợp máy.


4

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Trong công cuộc CNH- HĐH đất nước, việc cơ giới hoá các khâu công
việc trong quá trình sản suất là một yêu cầu cần thiết. Mục đích của nó là cải
thiện điều kiện lao động, tăng năng suất lao động, nâng cao hiệu quả kinh tế.
Cho đến nay việc cơ giới hoá khâu làm đất ở nước ta vẫn còn đang gặp
nhiều khó khăn do các máy khoan hố hiện có làm việc không hiệu quả trong
điều kiện ở Việt Nam. Một trong những nguyên nhân chính là lưỡi khoan
chưa có cấu tạo hợp lý nên khả năng khoan kém, tiêu hao công suất lớn, máy
khoan cồng kềnh nên khả năng làm việc trên đất dốc còn có rất nhiều hạn chế
hoặc không thể làm việc.Hiện nay ở nước ta và nhiều nước trên thế giới có rất
nhiều phương pháp làm đất tương ứng với địa hình và loại đất khác nhau.
Có hai phương pháp làm đất phổ biến đó là làm đất toàn diện và làm đất cục bộ
:
+ Làm đất toàn diện là tiến hành cày hay cuốc sâu khoảng từ 20 - 30 cm
trên toàn bộ diện tích chuẩn bị trồng rừng. Phương pháp này có ưu điểm là
loại bỏ được toàn bộ cỏ dại, bụi cây cải thiện được điều kiện lập địa của đất
trồng rừng, thuận lợi cho việc cơ giới hoá sản xuất. Tuy nhiên nó còn có một

số nhược điểm sau: Tốn nhiều công sức, đầu tư lớn, dễ gây sói mòn đất. Vì
vậy phương pháp này chỉ phù hợp ở những vùng đất tương đối bằng phẳng và
có độ dốc nhỏ như vùng đất hoang hoá, đồng cỏ, ruộng bậc thang đã được thi
công.
+ Làm đất cục bộ: Là phương pháp làm đất mà người ta chỉ tác động lên
một phần đất canh cụ thể là tác tuỳ theo điều kiện địa hình mà có thể cày theo
băng hoặc cày theo đám, phương pháp này có ưu điểm là ít gây sói mòn, tiết
kiệm nhân công.
Ở nước ta hiện nay, công tác trồng rừng thường được tiến hành một cách
phân tán với quy mô nhỏ và chu yếu trên hai loại đất chính sau:


5

- Đất trồng đồi trọc, đất bạc mầu lẫn đá, tầng đất canh tác mỏng, độ dốc lớn.
- Đất rừng sau khai thác, độ dốc lớn, lẫn gốc cây có thảm thực vật che phủ
Từ việc nghiên cứu các loại hình công nghệ làm đất cho ta thấy, tuỳ thuộc
vào đỉều kiện địa hình, địa chất đất trồng, quy mô sản xuất cũng như khả năng
đầu tư tài chính thì việc nghiên cứu sử dụng các thiết bị khâu làm đất cũng
khác nhau.
1.1 Tình hình nghiên cứu và áp dụng cơ giới hóa khâu làm đất trồng rừng
1.1.1. Trên thế giới
Ở trên thế giới việc nghiên cứu các thiết bị cơ giới hoá làm đất trồng
rừng tiến hành theo 2 hướng sau:
+ Nghiên cứu, thiết kế chế tạo các thiết bị chuyên dùng để làm đất nông nghiệp:
- Cày không lật đất T.C.Malxev (Nga).
- Cày trên đất lẫn đá: Là loại cày cheo 4 lưỡi tự lựa. Mỗi thân cày trang
bị cơ cấu tự lựa để khi gặp đá, gốc, rễ cây thì giúp lưỡi cày nâng lên hoặc
trượt qua như cày PKC-4-35, PNK-3-5, PKY-4-3.
- Cày cân bằng: Làm việc trên đất dốc, khi cày chạy theo hình con thoi.

- Máy cày tạo băng.
+ Nghiên cứu chế tạo các bộ phận làm việc để tăng năng suất lao động
(tăng tốc độ cày như cày có diệp bằng thép của viện nghiên cứu trồng rừng và
cơ giới hoá Nga…).
Các loại máy kéo có công suất cao, hiện đại như Fiat, KOMATSU,
BOFORT, TZ 171, T- 130, Valmet… đã áp dụng cho khâu làm đất trồng rừng.
Ở một số nước phát triển như: Mỹ, Australia, Nga, Canađa, Brazil,…
đã trang bị các máy móc. Thiết bị chuyên dùng cho khâu làm đất và xử lý thực
bì như các loại máy cày, các loại máy đào gốc rễ, máy băm thái, thu dọn,….
Đối với địa hình thoải ở Đức người ta dùng máy kéo có công suất 30 
45kW kéo theo cày Waldfust, có thể cày đạt độ sâu 5  30cm.


6

Ở Australia sử dụng máy cày chảo nhiều đĩa (6  8) đĩa vun đất thành
luống để trồng cây.
Ở Nhật Bản, hệ thống máy kéo KOMATSU được chế tạo có công suất
từ nhỏ đến lớn (từ 30 đến hàng trăm kW) liên hợp với cày ngầm, như: D 65A,
D 85A cày sâu 560  800mm.
Ở Brazil đã sử dụng cày ngầm có độ sâu cày trên 1m để làm đất trồng
rừng làm cho tốc độ sinh trưởng của cây trồng tăng nhanh đáng kể….
Ở Ytalia người ta chế tạo máy cày răng khế 6 đĩa (mỗi bên 3 đĩa quay về hai
phía tạo thành hình chữ V để tạo luống trồng cây), như: Rome TRC 6 – 36
liên hợp với máy kéo Hanomang, KTB cày sâu 30  40cm, bề rộng làm việc
2,2m.
Nhìn chung các quy trình công nghệ làm đất trồng rừng của các nước
đã được nghiên cứu, chế tạo với công suất lớn để áp dụng cho điều kiện sản
xuất lâm nghiệp tập trung quy mô lớn. Do đó, chúng không phù hợp với điều
kiện sản xuất lâm nghiệp quy mô nhỏ, phân tán, tầng đất canh tác mỏng. Các

thiết bị công tác của các loại máy này có thể xem xét cải tiến để phù hợp với
điều kiện đất rừng Việt Nam.
1.1.2. Ở Việt Nam
Việc nghiên cứu sử dụng các thiết bị cơ giới hoá vào khâu công việc
này đã được các nhà khoa học lâm nghiệp quan tâm từ lâu:
Giai đoạn 1960 – 1970, trong việc làm đất trồng rừng đã bước đầu thử
nghiệm sử dụng các thiết bị cơ giới như: Máy khoan hố trồng cây Molorbot
(Tiệp Khắc), ES-35B (CHDC Đức), cày NKB-2-54M lắp sau máy kéo DT54A (Liên Xô) cày toàn diện theo đường đồng mức để làm đất trồng rừng
Bạch Đàn ở một số tỉnh phía Bắc.
Giai đoạn 1971 – 1980, ngành lâm nghiệp đã nghiên cứu sử dụng máy
kéo DT-75 và T-100 để làm bậc thang trên đồi trọc có độ dốc từ 15-30 0 . Sau
đó để đáp ứng nhu cầu làm đất trồng rừng ngày càng tăng, PGS.TS Nguyễn
Thanh Quế đã nghiên cứu chế tạo cày ngầm CN-1 và CN-2 lắp sau máy kéo


7

DT-54 và DT-75 với độ cày sâu đạt 40  45 cm và đã đưa vào thử nghiệm ở
một số địa phương. Nhưng do khả năng đầu tư còn hạn chế, cơ chế sản xuất
kinh doanh thay đổi, quy trình công nghệ chưa được nghiên cứu một cách đầy
đủ nên kết quả của đề tài chưa được sử dụng rộng rãi.
Việc áp dụng thử nghiệm các máy khoan hố trồng cây cầm tay của
nước ngoài vào điều kiện nước ta tỏ ra không phù hợp vì: Trọng lượng máy
và độ rung lớn, không phù hợp với thể lực người Việt Nam; Công suất nhỏ,
không khoan được ở những loại đất cứng khá đặc trưng cho đất đồi núi ở
nước ta; Khi tạo hố lưỡi khoan miết vào thành hố tạo nên một lớp đất chặt
quanh thành hố ảnh hưởng xấu đến khả năng sinh trưởng của cây trồng. Vì
vậy việc tiến hành nghiên cứu cải tiến các máy khoan hố theo hướng khác
phục những nhược điểm trên để có thể đưa vào sử dụng trong sản xuất.
Trong những năm gần đây. Cơ giới hoá làm đất trồng rừng đã phát triển

lên một bước cao hơn, một số máy móc hiện đại đã được nhập bổ sung và
thay thế cho các móc trước kia. Các máy kéo có công suất lớn như T-130
(Liên Xô cũ), KOMATSU, D53A, D53P, D65A, D85A (Nhật Bản) đã được
sử dụng vào làm đất trồng rừng tại vùng nguyên liệu giấy Vĩnh Phú, Trung
tâm Khoa học – Sản xuất Lâm nghiệp Đông Bắc Bắc Bộ,….
Mặt khác, do điều kiện đầu tư trang thiết bị làm đất trồng rừng còn hạn
chế, các quy trình công nghệ làm đất, đặc biệt là đất dốc, đất lẫn đá, gốc và rễ
cây chưa được nghiên cứu một cách đầy đủ; đồng thời điều kiện sản xuất kinh
doanh lâm nghiệp đã có nhiều thay đổi so với trước đây, đất có độ dốc dưới
10 0 hầu như đã được sử dụng sản xuất nông nghiệp, đất rừng còn lại phần lớn
đã được giao cho dân phát triển sản xuất theo mô hình trang trại với diện tích
quy mô nhỏ, phân tán nên việc sử dụng các thiết bị công suất lớn đắt tiền
không còn phù hợp. Vì vậy, đề tài cần nghiên cứu để hoàn thiện công nghệ và
lựa chọn, cải tiến những thiết bị có công suất nhỏ, phù hợp với điều kiện đất
dốc, đất chặt và thường lẫn đá, gốc và rễ cây, đất chua phèn để làm đất trồng
rừng nhằm đạt hiệu quả kinh tế - xã hội cao, đồng thời hạn chế được những
tác động xấu đến môi trường sinh thái.


8

1.2. Tình hình nghiên cứu và áp dụng máy khoan hố trồng cây làm đất
trồng rừng
1.2.1. Trên thế giới
Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật như ngày nay thì có rất nhiều
loại máy tạo hố trồng cây có kích thước khác nhau ở trên thế giới. Đa số các
loại máy này đều làm việc trên nguyên tắc: Chuyển động quay tròn của mũi
khoan chủ yếu được dẫn động từ trục thu công suất của máy kéo thông qua
truyền động thủy lực hoặc cơ khí, chuyển động lên xuống của mũi khoan
được thực hiện nhờ hệ thống thuỷ lực của máy kéo hoặc bằng tay người điều

khiển. Thông thường cấu tạo máy khoan hố gồm 3 bộ phận chính: Nguồn
động lực, hệ thống truyền lực và lưỡi khoan, ví dụ một số loại mấy khoan hố
trồng cây có trên thế giới:
Máy khoan hố trồng cây ES – 35B của Đức sử dụng nguồn động lực là
động cơ xăng 2 kỳ có công suất 2,5 mã lực. Sơ đồ nguyên lý của máy (hình
1.1)

Hình 1.1- Sơ đồ nguyên lý máy khoan hố trồng cây ES – 35B
1- Động cơ xăng 2 kỳ; 2- Côn ly tâm; 3- Bộ truyền bánh răng côn;
4- Khớp nối; 5- Hộp giảm tốc bánh răng trụ; 6- Mũi khoan;
7- Tay điều khiển.


9

Nguyên lý hoạt động của máy khoan hố trồng cây ES – 35B như sau:
Mômen được truyền từ trục khuỷu của động cơ 1, qua côn ly tâm 2, qua
bộ truyền bánh răng côn 3 để thay đổi phương truyền momen, qua khớp nối 4,
qua hộp giảm tốc 5, tại đầu ra của trục thứ cấp hộp giảm tốc 5 có vận tốc quay
nhỏ còn mômen lớn đảm bảo đủ lớn để truyền cho mũi khoan số 6 quay tròn
và thực hiện cắt đất. Hành trình tiến sâu vào đất là nhờ trọng lượng của máy
và kết hợp với lực tỳ của tay người khoan cầm vào tay 7 với những nơi đất
rắn chắc. Năng suất của loại máy này có thể đạt được (800 – 1000) hố trong
một ngày. Loại máy này có ưu điểm là tính cơ động cao, chi phí nhiên liệu
thấp. Tuy nhiên, còn có một số nhược điểm là khi khoan sẽ tạo ra mômen
ngược chiều quay tác động lên tay người điều khiển máy làm cho người điều
khiển máy phải làm việc rất nặng nhọc. Máy có công suất nhỏ nên khi làm
việc trên vùng đất rắn chắc thì năng suất không cao, chất lượng hố thấp.
Hiện nay ở các nước phát triển trên thế giới đã sản xuất ra các loại máy
khoan hố trồng cây cầm tay 2 người điều khiển (hình 1.2), nhưng do máy sử

dụng hộp giảm tốc bánh răng trụ cho nên kết cấu và trọng lượng máy lớn
(36Kg) gây khó khăn khi vận hành. Để giảm kích thước và khối lượng máy
khoan hố, người ta đã sử dụng bộ truyền trục vít- bánh vít thay cho sử dụng
bộ truyền bánh răng trụ nên giảm được cả về kết cấu gọn nhẹ và chỉ cần có 1
người điều khiển (hình 1.3), tuy nhiên hiệu suất thấp và tuổi thọ không cao do
hiện tượng trượt và tự hãm của bộ truyền trục vít- bánh vít.


10

a)

b)

Hình 1.2- Máy khoan hố cầm tay hai người điều khiển.
a- Máy khoan hố TAN- TEA- 500; b- Máy khoan hố GEN- 330H

Hình 1.3- Máy khoan hố cầm tay một người điều khiển.
Ngoài ra còn có rất nhiều loại máy khoan hố trồng cây lắp sau các loại
máy kéo bánh hơi. Các loại máy khoan này đều được dẫn động từ trục thu
công suất qua truyền động các đăng để làm quay mũi khoan (hình 1.4) hoặc
được dẫn động qua hệ thống truyền động thuỷ lực (hình 1.5)


11

Hình 1.4- Máy khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo được dẫn động từ trục
thu công suất qua trục các đăng và hộp giảm tốc.

Hình 1.5- Máy khoan hố trồng cây với dẫn động thủy lực

1.1.2. Ở Việt Nam
Ở nước ta hiện nay cũng nhập khá nhiều các loại máy khoan hố của các
nước trên thế giới, xong việc áp dụng và thử nghiệm vào điều kiện nước ta tỏ
ra không phù hợp do: Với máy cầm tay thì không phù hợp với thể lực người


12

Việt Nam, công suất nhỏ; Đối với máy khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo
khi tạo hố, thành hố bị miết làm ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng cây
trồng. Chính vì vậy trong những năm qua một số tác giả của trường Đại học
Lâm nghiệp đã nghiên cứu thiết kế, cải tiến máy khoan hố trồng cây lắp sau
máy kéo cỡ nhỏ 4 bánh và 2 bánh để thích ứng với điều kiện trồng rừng của
nước ta như:
Năm 2002, kỹ sư Nguyễn Hồng Quang thực hiện đề tài: “Thiết kế máy
khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo BS-8” (hình 1.6).

Hình 1.6- Máy khoan hố trồng cây dùng nguồn động lực máy kéo BS-8
1- Mũi khoan; 2- Khớp nối; 3- Hộp giảm tốc; 4-Bánh đai bị động; 5- Trục lắp
then hoa; 6- Trục rỗng; 7- Tay đòn; 8- Thanh; 9- Chốt; 10- Khớp nối; 11Chốt trượt; 12- Rãnh dài hình chữ nhật; 13- Thanh; 14- Chốt; 15- Tấm; 16Khung đỡ hộp giảm tốc; 17- Trục trung gian; 18- Puly đai trrung gian; 19- Puly
đai chủ động.
Máy có ưu điểm nhỏ gọn, khoan hố tốt nhưng có nhược điểm là rất khó
khăn trong việc di chuyển máy trên địa hình đất Lâm nghiệp của nước ta, hơn
nữa khả năng cơ động của LHM máy không cao.


13

Năm 2005, kỹ sư Lưu Thùy Linh thực hiện đề tài: “ Thiết kế máy khoan
hố trồng cây lắp trên máy kéo Shibaura”. Sơ đồ nguyên lý máy khoan hố

trồng cây lắp trên máy kéo Shibaura với dẫn truyền lực các đăng như hình
1.7:

Hình 1.7- Máy khoan hố trồng cây dẫn động cơ khí lắp trên máy kéo
Shibaura
1- Lưỡi khoan; 2- Hộp giảm tốc; 3- Khối nặng; 4- Trục các đăng; 5Tay đòn; 6- Mặt bích; 7- Thanh nối với hệ thống thủy lực; 8- Thanh nâng; 9Thanh treo dưới; 10- Khung hộp giảm tốc.
Máy khoan hố trồng cây dẫn động cơ khí lắp trên máy kéo Shibaura đã
khắc phục được nhược điểm của máy khoan hố lắp trên máy kéo BS8 là dễ
dàng di chuyển trên địa hình đất Lâm nghiệp nhưng cũng có nhược điểm là:
Khi khoan, mũi khoan gặp phải vật cản như gốc cây hay đá sẽ gây quá tải đột
ngột làm phá hỏng máy khoan. Để khắc phục nhược điểm này người ta đã
thay thế hệ thống dẫn động cơ khí bằng dẫn động thủy lực cho mũi khoan.
Năm 2006, kỹ sư Nguyễn Thị Thắm thực hiện đề tài: “ Thiết kế máy
khoan hố trồng cây với dẫn động thuỷ lực lắp trên máy kéo Shibaura” (hình
1.8).


14

Hình 1.8- Máy khoan hố trồng cây với dẫn động thủy lực lắp
trên máy kéo Shibaura
1- Mũi khoan; 2- Khớp nối; 3- Môtơ thủy lực; 4- Tay đòn; 5- Tay đòn
nâng hạ; 6- Thanh; 7- Thanh treo dưới; 8- Khung môtơ thủy lực; 9- Bơm thủy
lực; 10- Giá chữ L; 11- Khớp; 12- Trục thu công suất; 13- Thùng dầu; 14Hộp van phân phối; 15- Đế hộp van phân phối; 16- Van an toàn; 17- Đường
dẫn dầu.
Máy có ưu điểm khoan được hai hố cùng một lúc, tránh được những hư
hỏng khi mũi khoan gặp vật cản lớn.
Năm 2006, PGS- TS Nông Văn Vìn trường Đại học nông nghiệp trong
khi thực hiện đề tài cấp nhà nước đã thiết kế chế tạo và thử nghiệm thành
công máy khoan hố trồng cây dẫn động thủy lực lắp trên máy kéo Shibaura

SD3100 (hình 1.9). LHM máy đã được khảo nghiệm và làm thử tại Lâm
trường Tam Thanh – Phú Thọ. Kết quả khảo nghiệm cho thấy nguyên lý làm
việc của LHM máy rất tốt, tuy nhiên năng suất chưa cao và đặc biết sau một
thời gian làm việc dầu thủy lực nóng làm giảm khả năng tải của lưỡi khoan.


15

Hình 1.9- Khảo nghiệm máy khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo Shibaura
SD3000A với dẫn động thủy lực.
Máy có ưu điểm là dễ điều khiển, hố được tạo ra có phương thẳng
đứng. Tuy nhiên máy vẫn chưa tận dụng được hết công suất của máy kéo, hệ
thống thủy lực làm việc liên tục và không có hệ thống làm mát dẫn đến dầu
thủy lực nóng làm giảm hiệu suất khoan hố hoặc không khoan được hố,
không phù hợp khi khoan hố ở những nơi đất dốc.
1.1.3. Kết luận chương 1
Trên thế giới, máy khoan hố trồng cây được sử dụng rất phổ biến với
nhiều chủng loại khác nhau để cơ giới hóa khâu làm đất trồng rừng, loại cầm
tay (một người điều khiển và loại hai người điều khiển) và loại lắp trên máy
kéo (dẫn động bằng cơ khí và loại dẫn động bằng thủy lực).
Ở nước ta, trong những năm gần đây được sự quan tâm của nhà nước
đã có một số công trình nghiên cứu, thiết kế chế tạo và thử nghiệm máy khoan
hố trồng cây lắp trên các máy kéo cỡ nhỏ để làm đât trồng rừng, cụ thể: Máy
khoan hố trồng cây (dẫn động cơ khí và loại dẫn động thủy lực lắp trên máy
kéo BS8 – Đề tài do PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu chủ trì); Máy khoan hố
trồng cây dẫn động thủy lực lắp trên máy kéo Shibaura SD 3000A – Đề tài


16

do PGS.TS Nông Văn Vìn chủ trì; Máy khoan hố trồng cây dẫn động cơ khí
lắp trên máy kéo MTZ 50 phục vụ cơ giới hóa làm đất vùng Tây Nguyên;
- Thông số đầu vào phục vụ thiết kế máy khoan hố trồng cây chủ yếu
tiến hành theo phương pháp nghiên cứu thực nghiệm như xác định mô men
cản trên trục lưỡi khoan, tốc độ làm việc của lưỡi khoan và lực ấn lưỡi khoan
vào đất… được lấy theo kinh nghiệm nên các thông số thiết kế máy chưa
được tối ưu.
- Bộ phận làm việc chủ yếu của máy khoan hố là lưỡi khoan, kết cấu và
kích thước hình học của nó quyết định đến chất lượng và năng suất làm việc
của máy khoan. Việc nghiên cứu thiết kế nó của các công trình thiết kế từ
trước tới nay chủ yếu dựa vào kinh nghiệm để lựa chọn là chủ yếu. Vì vậy cần
thiết phải có những nghiên cứu cơ bản để xác định thông số cấu tạo tối ưu
cũng như lực ấn cần thiết khi nó làm việc sao cho chi phí năng lượng cho
khoan hố là tối thiểu và năng suất đạt cực đại.


17

CHƯƠNG 2
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu nghiên cứu
- Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số về cấu tạo và chế độ làm
việc của máy khoan hố lắp trên máy kéo Shibaura 3000A đến mô men cản
trên trục lưỡi khoan và năng suất khi làm việc. Kết quả nghiên cứu làm cơ sở
cho việc thiết kế cải tiến lưỡi khoan và chọn chế độ sử dụng liên hợp máy
hợp lý.
2.2. Đối tượng nghiên cứu
Trong những năm gần đây, nước ta đã nhập nhiều loại máy kéo bốn bánh
cỡ vừa và nhỏ từ Nhật Bản để phục vụ sản xuất nông nghiệp như Shibaura,

Kubota…. Các loại máy kéo này là kiểu máy kéo lớn thu nhỏ, có nhiều tính năng
tốt như công suất trung bình, tiết kiệm nhiên liệu , giá cả vừa phải và đặc biệt là
máy có hai cầu chủ động nên có khả năng bám tốt…
Trên cơ sở tận dụng nguồn động lực sẵn có và phát huy tính năng tác
dụng của loại máy kéo đó để phục vụ sản xuất lâm nghiệp, đẩy mạnh công tác cơ
giới hoá khâu làm đất trồng rừng. Năm 2006, PGS-TS. Nông Văn Vìn -Trường
Đại học Nông nghiệp I - Hà Nội, thực hiện đề tài cấp nhà nước KC 07 - 26 đã
thiết kế chế tạo máy khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo Shibaura-3000A với
dẫn động thuỷ lực Đề tài đã nghiên cứu, chế tạo và thử nghiệm thành công
LHM gồm máy kéo Shibaura 3000A (4x4) với thiết bị khoan hố phục vụ trồng


18

rừng được lắp trên hệ thống treo của máy kéo. Khi khoan hố, mô men quay
được truyền từ động cơ thủy lực qua hộp giảm tốc bánh răng côn đến làm quay
trục mũi khoan, lực ấn lưỡi khoan vào đất được thực hiện nhờ xi lanh thủy lực
của hệ thống nâng hạ lắp sau máy kéo.
Xuất phát từ mục tiêu nghiên cứu như đã nêu ở trên thì đối tượng nghiên
cứu vấn đề này rất rộng. Riêng các loại lưỡi khoan dùng để khoan hố hiện naycó
tới trên 10 dạng khác nhau như: Dạng lưỡi khoan xoắn rộng, xoắn hẹp, dạng
cánh nâng, dạng lưỡi thìa, dạng khung, dạng lò so mũi xoắn, dạng khoan nông
cánh rộng. Trong mỗi dạng lại có nhiều loại khác nhau ( khoan lỗ rộng, khoan lỗ
trung bình, khoan lỗ hẹp ) . loại đất để nghiên cứu cũng có rất nhiều. Chọn đối
tượng nghiên cứu chính là chọn dạng lưỡi khoan và chọn đất để tiến hành làm
thực nghiệm.
2.2.1. Giới thiệu máy kéo Shibaura-3000A
Máy kéo Shibaura-3000A là loại máy kéo 4 bánh do Nhật Bản sản
xuất được nhập vào nước ta để phục vụ sản xuất nông nghiệp. Máy có kết
cấu đơn giản, ổn định, dễ sử dụng, thích hợp với mọi loại đất: Ruộng khô,

ruộng nước, vườn cây ăn quả, trang trại lâm nghiệp. Máy có thể sử dụng với
nhiều mục đích khác nhau, có thể lắp: Cày chảo, máy phay, rơmooc. Ngoài
ra có thể làm động lực tĩnh cho các loại máy tuốt lúa, máy bơm nước, máy
phát điện và nhiều máy khác. Không chỉ phù hợp với hoạt động nông nghiệp
thuần tuý, máy còn có thể dùng cho các họat động sản xuất lâm nghiệp vì nó
đáp ứng được yêu cầu làm việc trên nhiều vùng địa hình thoải Việt Nam.
Máy kéo Shibaura-3000A có 4 bánh chủ động gồm hai phần chính là
động cơ và hệ thống truyền lực. Động cơ của máy là động cơ Điêzel, công
suất 30 mã lực. Hệ thống truyền lực gồm côn ma sát, hộp số, truyền lực trung
ương, hộp vi sai.


19

Máy kéo có khả năng làm việc tốt, tiêu thụ năng lượng thấp, kích
thước nhỏ gọn, phù hợp với diện tích canh tác nhỏ và điều kiện đường xá ở
nông thôn.

Hình 2.1. Hình dáng bên ngoài của máy kéo Shibaura-3000A
Một số thông số và đặc tính kỹ thuật của máy kéo Shibaura-3000A cho
ở (bảng 2.1) và tỷ số truyền của hệ thống truyền lực (bảng 2.2)
Bảng 2.1
Đặc tính kỹ thuật của máy kéo Shibaura-3000A
Thông số

Giá trị

Đơn vị

- Đường kính bánh xe (D1)

750

mm

- Bề rộng bánh xe (b1)

220

mm

1,6 -3,5

KG/cm2

Ghi chú

Cầu trước
- Mã hiệu lốp: 8 - 16

- Áp suất không khí (p1)

(1245 – 1223) mm


20

- Độ chụm các bánh xe (A - B)

22

cm

- Khoảng cách vết (B1)

1200

mm

- Khoảng sáng cầu trước (h1)

330

mm

- Đường kính bánh xe (D2)

1227

mm

- Bề rộng bánh xe (b2)

325

mm

- Áp suất không khí (p2)

1-3,5

KG/cm2

- Khoảng cách vết (B2)

1200

mm

- Khoảng sáng cầu sau (h2)

393

mm

Chiều dài cơ sở (L)

1815

mm

Trọng lượng (G)

1477

kg

(Chưa có người lái)

- Trên cầu trước (G1)

650

kg

(z1=6.380N)

- Trên cầu sau (G2)

827

kg

(z2=6.380N)

799,04

mm

(Đến cầu sau)

- Ngang (y)

10

mm

(Sang trái)

- Cao (h)

552

mm

Cầu sau
- Mã hiệu lốp: 11- 28

Toạ độ trọng tâm:
- Dọc (x)

Bảng 2.2
Tỉ số truyền của hệ thống truyền lực máy kéo Shibaura-3000A
Tầng nhanh

Số 1

Số 2

Số 3

Số 4

I

719,93

317,38

114,47

68,98

II

560,71

247,05

113,76

52,34

III

458,51

200,96

91,82

41,36

R

617,43

265,19

122,70

56,90

Tầng chậm
Trục thu công suất

Tỉ số truyền hộp giảm tốc = 7,61
4,569

- Công suất động cơ: 30 mã lực

3,564

2,400

1,896


21

- Trục thu công suất: Bố trí đằng sau máy, chúng có 4 tốc độ tuỳ theo
tỷ số truyền và tốc độ quay của động cơ.
- Cơ cấu treo: Bố trí phía đằng sau máy.
- Hệ thống thuỷ lực:Dùng cho cơ cấu nâng hạ lắp phía sau máy kéo.
2.2.2. Giới thiệu liên hợp máy khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo
Shibaura-3000A.
Đặc điểm kỹ thuật của máy khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo
Shibaura-3000A:
- Bơm thủy lực:
+ Mã hiệu HШ-50, do Liên Xô chế tạo.

+ Số vòng quay bơm: (500 – 1000) vòngphút.
+ Lưu lượng riêng bơm: 50 cm3/vòng.
- Động cơ thuỷ lực (mô tơ thuỷ lực):
+ Mã hiệu OMP-50, do Italia chế tạo.
+ Công suất: 10KW.
+ Số vòng: 500vp.
+ Lưu lượng riêng: 50cm3/vòng.
+ Áp suất lớn nhất: 140 KG/cm2.
- Xi lanh thuỷ lực
+ Hành trình S = (400 – 450)mm.
+ Hoạt động của xy lanh nhờ van điều tiết tốc độ di chuyển pít tông
trong quá trình hoạt động.
- Hộp giảm tốc: Có tỷ số truyền i = 2,5, được lắp nối tiếp sau động cơ
thuỷ lực. Hộp giảm tốc làm tăng mô men đồng thời giảm tốc độ cho trục
khoan để hạn chế va đập mạnh. Hộp giảm tốc là bộ truyền xích.
- Van phân phối có thể điều khiển được chiều quay của trục bơm nhằm
giúp cho thoát tải dễ dàng khi lưỡi khoan bị mắc vào rễ cây (cần quay ngựơc lại).


22

- Van an toàn bảo vệ hệ thống khi hệ thống bị quá tải, khắc phục hiện
tượng quá tải máy kéo, động cơ thuỷ lực, bơm và các chi tiết khác.
Máy khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo Shibaura-3000A sử dụng
lưỡi khoan có lưỡi cắt đáy hố và mũi tâm. Cấu tạo của lưỡi khoan:
+ Đường kính lưỡi khoan D = 0,38m.
+ Đường kính trục khoan là 50mm.
+ Chiều cao lưỡi khoan H = 0,6m.
+ Góc cắt trước của lưỡi cắt 0 = 400.
+ Góc cắt sau của lưỡi cắt 0 = 150.

+ Góc cắt trượt của cạnh sắc  = 300 – 400.
+ Mũi khoan ở tâm: Có dạng một “ngòi bút”, với hai nhánh xẻ sang
hai bên. Đường kính mũi tâm D = 80mm.
+ Góc cắt sau của mũi tâm từ 5 – 100
+ Khoảng cách H2 giữa đầu mũi khoan ở tâm đến cạnh sắc theo chiều
trục khoan là H2 = 80mm.
+ Việc nối trục mũi khoan ở tâm với trục khoan được thực hiện nhờ
mối ghép then và chốt hãm.


23

Hình 2.2: Lưỡi khoan có lưỡi cắt đáy hố và mũi tâm
Sơ đồ nguyên lý truyền động cho lưỡi khoan hố trồng cây lắp sau máy
kéo Shibaura SD 3000A:

5
6
7
n1

n
1

2

3

8

4

Hình 2.3: Sơ đồ truyền động thuỷ lực cho máy khoan hố
trồng cây lắp sau máy kéo Shibaura-3000A.
1 -Trục thu công suất của máy kéo; 2 - Khớp nối; 3 - Bơm thuỷ lực; 4 - Van an toàn;
5 - Van phân phối; 6 - Động cơ thuỷ lực;7 - Hộp giảm tốc; 8 - Trục khoan;
9 - Thùng dầu.
Truyền động cho trục máy khoan là nhờ động cơ thuỷ lực. Bơm
thuỷ lực (3) được nhận chuyển động từ trục thu công suất của máy kéo qua
khớp nối. Bơm thuỷ lực hút dầu từ thùng chứa, dầu thuỷ lực được đưa đến
động cơ thuỷ lực (6) và các xi lanh thuỷ lực nhờ các đường ống và được điều
khiển nhờ van phân phối loại ngăn kéo (5) lắp trên ca bin của máy kéo.


24

Chuyển động quay của trục máy khoan được thực hiện nhờ động cơ thuỷ lực
và một hộp giảm tốc 1 cấp. Động cơ thuỷ lực và hộp giảm tốc cùng với máy
khoan được lắp trên một giá trượt. Chuyển động nâng lên hạ xuống của giá
trượt để tạo lực khoan hố cũng như đưa lưỡi khoan lên khỏi lòng hố được
thực hiện nhờ một xi lanh thuỷ lực. Toàn bộ cụm giá trượt và xi lanh thuỷ lực
nâng hạ máy khoan được lắp trên cơ cấu treo của máy kéo. Cơ cấu treo vốn
có của máy kéo chỉ được sử dụng để nâng hạ toàn cụm máy khoan hố từ tư
thế khoan sang tư thế vận chuyển và ngược lại. Toàn bộ sơ đồ cụm của hệ
thống truyền động cho máy đào hố được thể hiện ở hình 2.4. Nhờ sử dụng hệ
thống truyền động thuỷ lực, kết cấu của máy sẽ đơn giản hơn nhiều so với
khi sử dụng hệ thống truyền động cơ khí như trên các liên hợp máy trước đây.
Toàn bộ hệ thống thuỷ lực được bố trí đằng sau máy.
Nguyên lý hoạt động của máy khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo
Shibaura-3000A:

Dầu có áp suất do bơm cung cấp qua hộp van phân phối tới mô tơ
thuỷ lực được chuyển thành mô men quay trên trục của mô tơ thủy lực nhờ
mô tơ thuỷ lực làm cho mũi khoan chuyển động quay tròn cắt đất.
Hành trình đi lên của máy khoan nhờ bộ phận treo sau, nó được nâng
hạ nhờ hệ thống thuỷ lực của máy kéo. Để nâng lưỡi khoan lên ta gạt cần
điều khiển của hệ thống thuỷ lực từ vị trí trung gian về vị trí nâng làm cho hệ
thống treo sau máy kéo cùng với máy khoan hố từ từ được nâng lên.
Hành trình đi xuống của máy khoan nhờ trọng lượng bản thân của
khung máy, của mô tơ thuỷ lực và lực ấn của xi lanh thủy lực. Sau khi khoan
đạt chiều sâu quy định, gạt cần điều khiển của hệ thống thuỷ lực về vị trí
nâng làm cho hệ thống treo sau cùng lưỡi khoan đi lên khỏi mặt đất.
2.3. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu xác định ảnh hưởng của một số thông số thuộc cấu tạo
lưỡi khoan và chế độ làm việc đến chi phí năng lượng của liên hợp hợp máy
khi làm việc ở một loại đất cụ thể.