Thiết kế thiết bị chuyên dùng lắp trên máy kéo cỡ nhỏ để vận xuất gỗ rừng trồng

ĐẶT VẤN ĐỀ
Rừng trồng nhiều nơi đã và đang được khai thác với trữ lượng lớn để làm
nguyên liệu giấy, làm gỗ trụ mỏ, làm nguyên liệu cho công nghiệp chế biến gỗ.
Trong khai thác khâu vận xuất gỗ là một khâu khó khăn, nặng nhọc và
nguy hiểm có ảnh hưởng trực tiếp tới năng suất và giá thành sản phẩm, tỷ lệ lợi
dụng cây đứng và môi trường. Hiện nay khâu vận xuất gỗ ở nước ta chủ yếu
thực hiện bằng lao động thủ cơng, vì vậy mà u cầu cấp thiết hiện nay là phải
đẩy mạnh việc áp dụng cơ giới hoá cho khâu này.
Hiện nay khai thác gỗ chủ yếu tập trung vào khai thác gỗ rừng trồng.
Ngồi ra Nhà nước đã có những chính sách giao đất rừng cho các cơng ty, doanh
nghiệp, hộ gia đình quản lý với diện tích và quy mơ nhỏ hơn. Việc áp dụng máy
cỡ lớn chuyên dùng tỏ ra không phù hợp. Trong khi đó nhiều máy kéo cỡ vừa và
nhỏ đang được sử dụng khá phổ biến trong nông nghiệp. Để nâng cao năng suất
giải phóng sức lao động chân tay, nâng cao hiệu quả sử dụng vốn đầu tư, phát
huy tối đa công suất của máy kéo cỡ nhỏ thì cần phải nghiên cứu thiết kế, chế
tạo một số thiết bị chuyên dùng cho máy kéo cỡ nhỏ, để ngồi chức năng chính
là phục vụ sản xuất nơng nghiệp thì chúng cịn có thể tham gia sản xuất lâm
nghiệp khi nông nhàn.
Tuy nhiên để nâng cao năng suất lao động, hạ giá thành sản phấm, giải
phóng sức lao động cho súc vật và con người đồng thời phù hợp với điều kiện
rừng trồng thì cần phải có máy móc thiết bị chuyên dùng để đáp ứng tốt nhất cho
khâu vận xuất gỗ rừng trồng. Vì vậy việc nghiên cứu đặc tính kỹ thuật của máy
kéo cỡ nhỏ cùng với việc thiết kế thêm thiết bị chuyên dùng phù hợp cho quá
trình khai thác và đặc biệt là khâu vận xuất gỗ rừng trồng là rất cần thiết.
Cùng nghiên cứu về vấn đề này sinh viên Nguyễn Viết Bắc đã nghiên cứu
cái tiến máy kéo cỡ nhỏ thành máy kéo khung gập nhưng chưa có thiết bị
chun dùng. Chính vì những lý do trên mà tơi tiến hành thực hiện đề tài: “Thiết
kế thiết bị chuyên dùng lắp trên máy kéo cỡ nhỏ để vận xuất gỗ rừng trồng”.
Thiết bị chuyên dùng thiết kế sẽ được đặt trên máy kéo khung gập nêu trên.

1

Chƣơng 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU
1.1. Tình hình khai thác gỗ rừng trồng ở nƣớc ta.
Rừng là nguồn tài nguyên quý báu của đất nước, có khả năng tái tạo, là
một bộ phận quan trọng đối với môi trường sinh thái, có giá trị to lớn đối với
nền kinh tế quốc dân, gắn liền với đời sống của nhân dân và sự sống còn của
nước ta và nhiều nước trong khu vực. Đã từ lâu con người khai thác tài nguyên
rừng, lấy ra một khối lượng gỗ củi đáng kể phục vụ cho sản xuất đời sống và
cho khâu xuất khẩu.
Ngày nay, trong thời kỳ đổi mới, hoà cùng nhịp phát triển chung của đất
nước, lâm nghiệp đã và đang có những bước chuyển mình mạnh mẽ từ lâm
nghiệp truyền thống dựa vào khai thác rừng tự nhiên và sử dụng lực lượng quốc
doanh là chính sách xây dựng nền lâm nghiệp xã hội, huy động sự tham gia của
toàn dân và các thành phần kinh tế, tăng cường công tác bảo vệ rừng, trồng rừng
và chế biến gỗ từ rừng trồng đáp ứng nhu cầu của xã hội và xuất khẩu [4].
Hiện nay do nhiều nguyên nhân chủ quan và khách quan, diện tích rừng
nước ta ngày càng bị thu hẹp, nguồn tài nguyên cũng ngày càng cạn kiệt về số
lượng và chất lượng. Để bảo vệ diện tích rừng hiện có, Nhà nước đã có chủ
trương khoanh nuôi, tái tạo vốn rừng, hạn chế khai thác đến mức thấp nhất sản
lượng gỗ ở rừng tự nhiên. Bên cạnh đó Nhà nước cũng có chủ trương giao đất,
giao rừng cho các tổ chức, hộ gia đình, cá nhân quản lý sử dụng nhằm khai thác
triệt để và hiệu quả tiềm năng to lớn về đất rừng, nhân lực, vốn, đồng thời phát
huy cao tinh thần làm chủ với sự nghiệp bảo vệ, khôi phục phát triển kinh doanh
lợi dụng rừng đạt hiệu quả kinh tế cao mà vẫn đảm bảo môi trường sinh thái,
phát triển mạnh trồng rừng, phủ xanh đất trống, đồi núi trọc.
Rừng được trồng trên mọi địa bàn từ đồng bằng, trung du và miền núi với
nhiều chương trình dự án, đã đem lại hiệu quả thiết thực về kinh tế và môi

2


trường. Diện tích rừng trồng tăng nhanh, tỷ lệ che phủ đảm bảo cân bằng sinh
thái, đồng thời sẽ đáp ứng nhu cầu về gỗ củi của các ngành kinh tế, quốc phòng
và đời sống xã hội. Việc sử dụng sản phẩm gỗ củi trước mắt và lâu dài chủ yếu
dựa vào gỗ rừng trồng.
Rừng được trồng tuỳ theo yêu cầu mục đích đề ra, tuy nhiên có thể phân
loại như sau:
- Rừng phòng hộ là rừng được trồng ở những nơi xung yếu bảo vệ nguồn nước,
bảo vệ đất, chống xói mịn, hạn chế thiên tai, bảo vệ mơi trường sinh thái.
- Rừng đặc dụng là các khu rừng được thiết lập có tác dụng đặc biệt như rừng
nghiên cứu, rừng chống ô nhiễm môi trường cho các khu công nghiệp, thành
phố, bảo vệ và phát triển các loại động thực vật quý hiếm.
- Rừng sản xuất là rừng nguyên liệu gắn với các khu công nghiệp chế biến và
phục vụ các ngành sản xuất khác.
Càng những năm gần đây diện tích rừng càng có xu thế tăng lên rõ rệt.
Nhưng trong quá trình phát triển mạnh của đất nước đã thúc đẩy khai thác các
sản phẩm từ rừng là lớn nhất, dự báo nhu cầu sử dụng lâm sản hàng năm trong
giai đoạn 2003 - 2020 như sau [4]:

3


Bảng 1: Dự báo nhu cầu về gỗ trong những năm tới.
Nhu cầu

Năm 2003 Năm 2005 Năm 2010 Năm 2015 Năm 2020

Gỗ nội địa và

xuất
khẩu(1000

7420

1063

14004

18620

22160

4561

5373

8030

10266

11993

1649

2032

2464

2922

1682

1150

2568

3388

5271

8283

m3),trong đó:
1.

Gỗ

lớn

cơng nghiệp
và dân dụng
2. Gỗ nhỏ sản
xuất ván nhân
tạo, dăm gỗ
xuất khẩu
3. Nhu cầu gỗ
cho sản xuất
bột giấy
4. Gỗ trụ mỏ

Nhu cầu về
củi(triệu m3)

60

90

120

160

200

25

25

25,7

26

26

Trong những năm tới nguồn cung cấp gỗ trong nước chủ yếu dựa vào khai
thác cây trồng phân tán, khai thác rừng trồng hiện có và tận thu từ rừng tự nhiên.
Tuy nhiên với khả năng hiện tại rừng nước ta chưa đáp ứng đủ nhu cầu cần cho
sản xuất. Lượng gỗ cần cho ngành công nghiệp là rất cao như: gỗ chế biến sợi,
4

giấy, ván dăm, gỗ phục vụ cho khai thác than, gỗ cho thủ công mỹ nghệ và gỗ
phục vụ cho xây dựng. Nhu cầu về gỗ là vô cùng lớn mà rừng tự nhiên đang bị
hạn chế khai thác và thay vào đó là khai thác rừng trồng là chính.
Hiện nay việc khai thác gỗ rừng trồng thường áp dụng các loại hình cơng
nghệ sau: [1]
- Loại hình cơng nghệ khai thác gỗ nguyên cây: cây gỗ sau khi chặt hạ được giữ
nguyên cả cành, tán lá rồi kéo ra bãi gỗ. Tại đây chúng được cắt khúc theo quy
cách sản phẩm rồi được vận chuyển đến nơi tiêu thụ. Cành và ngọn cây tuỳ theo
khả năng chế biến tận dụng có thể được băm thành dăm, tạo ra bột giấy….
- Loại hình cơng nghệ khai thác gỗ dài: cây gỗ sau khi chặt hạ được cắt cành,
ngọn và kéo nguyên cây ra bãi gỗ ven đường. Tại đây chúng được cắt khúc rồi
vận chuyển đến nơi tiêu thụ.
- Loại hình cơng nghệ khai thác gỗ ngắn: tồn bộ các thao tác hạ cây, cắt cành
ngọn và cắt khúc đều được thực hiện ở nơi chặt hạ sau đó các khúc gỗ được tập
trung về bãi và đưa đến điểm tiêu thụ.
Vận xuất gỗ là quá trình di chuyển cây gỗ hay các khúc gỗ từ nơi chặt hạ
về tập trung ở ven đường hay bãi gỗ để từ đó bốc lên phương tiện vận chuyển.
Đây là khâu khó khăn nặng nhọc và phức tạp nhất trong toàn bộ quá trình khai
thác gỗ. Chính vì vậy mà đã có nhiều nghiên cứu về cơng nghệ và máy móc thiết
bị tập trung vào khâu sản xuất này.
Căn cứ vào nguồn động lực và phương tiện có các hình thức vận xuất sau:
+ Vận xuất bằng sức người: gỗ được đưa đến bãi tập trung bằng cách vác vai,
lao xeo, bắn bẩy,....
+ Vận xuất bằng súc vật: gỗ được đưa đến bãi tập trung nhờ sức kéo của một số
loại động vật như: trâu, bò, voi, ngựa,...

5


+ Vận xuất gỗ bằng máng lao: dựa vào điều kiện tự lao của cây gỗ để đưa gỗ về

bãi tập trung.
+ Vận xuất gỗ bằng tời: sử dụng tời hoạt động độc lập hoặc tời của các loại xe
lâm nghiệp để kéo gỗ về bãi tập trung.
+ Vận xuất gỗ bằng máy kéo: sử dụng máy kéo bánh xích hoặc máy kéo bánh
hơi.
+ Vận xuất gỗ bằng đường cáp trên khơng.
Trong các loại hình trên thì vận xuất gỗ bằng máy kéo vẫn chiếm ưu thế
và được áp dụng ở nhiều nước kể cả nước ta.
1.2. Tình hình nghiên cứu sử dụng máy kéo bánh hơi cỡ vừa và nhỏ trong
khâu vận xuất gỗ.
Những năm trước đây, việc khai thác gỗ rừng tự nhiên là chủ yếu. Cây gỗ
có kích thước lớn, sản lượng gỗ tập trung, điều kiện địa hình phức tạp. Vì thế,
chúng ta phải nhập những loại liên hợp máy kéo bánh hơi và bánh xích có cơng
suất lớn, khả năng vượt chướng ngại vật tốt, mức độ phá hoại môi trường như:
mặt đất, cây con lớn, liên hợp máy kéo có độ bền và tính an toàn cao, song giá
thành đắt chỉ phù hợp với quy mơ sản xuất lớn.
Hiện nay, diện tích rừng tự nhiên bị thu hẹp, thay vào đó là diện tích rừng
trồng với quy mơ vừa và nhỏ. Vì vậy cần sử dụng máy kéo bánh hơi cỡ vừa và
nhỏ để vận xuất gỗ.
Tháng 8 năm 1963 Hội nghị quốc tế về quy hoạch các đường vận chuyển
lâm nghiệp tổ chức tại Giơnevơ và năm 1980 ở Ulanbato (Mông Cổ) đã quyết
định nhanh chóng thay thế dần máy kéo bánh xích bằng máy kéo bánh hơi dùng
trong hoạt động lâm nghiệp. Từ đó đến nay nhiều cơng trình nghiên cứu về máy
kéo bánh hơi đã được thực hiện, hàng loạt các mẫu máy mới được ra đời và qua

6


thực tế sử dụng đã khẳng định tính ưu việt hơn hẳn của máy kéo bánh hơi so với
bánh xích [17].

Những nước trên thế giới có nền cơng nghiệp phát triển sản xuất lâm
nghiệp với quy mô lớn đã chế tạo và sử dụng các loại máy kéo chuyên dùng hiện
đại có cơng suất lớn cho năng suất cao.
Ở Phần Lan người ta chế tạo loại máy Skidder của hãng Timberjack dùng
để vận xuất gỗ, trên máy được trang bị tời cáp, cần treo, ngoạm gỗ hoặc tay bốc
thuỷ lực để vận xuất gỗ [11].
Từ năm 1957 Liên Xô (cũ) đã sử dụng các loại máy kéo bánh hơi chuyên
dùng để vận xuất gỗ như T210, K210, K730, … một số còn được trang bị tay
thuỷ lực để tự bốc gỗ như: 1  - 17, T127. Qua thực tiễn sử dụng các chuyên gia
đã khẳng định máy kéo bánh hơi vận xuất gỗ có tính cơ động cao, cho năng suất
cao và mở ra triển vọng có thể chuyển gỗ thẳng từ nơi chặt hạ ra bãi gỗ hoặc
xuống đường vận chuyển giảm bớt được khâu trung gian[10].
Máy kéo Volvo là loại máy kéo bánh hơi do Thuỵ Điển sản xuất, có trang
bị thiết bị chuyên dùng là rơmoóc một trục và tay thuỷ lực. Nhờ tính ưu việt của
tay thuỷ lực của máy nâng cao được khả năng bốc, xếp và dỡ gỗ một cách đơn
giản, tăng năng suất, giảm giá thành sản phẩm. Nước ta đã nhập loại máy kéo
Volvo để phục vụ cho khâu bốc, xếp, dỡ gỗ của các vùng nguyên liệu giấy. Vừa
qua có một số đề tài nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị chuyên dùng lắp với
máy bánh hơi nông nghiệp để vận chuyển gỗ.
Năm 1963, tập thể cán bộ phòng cơ giới lâm trường Bắc Yên và viện
Công nghiệp rừng đã nghiên cứu chế tạo tời hai trống lắp trên máy kéo Krazbat
để vận xuất gỗ[8].
Năm 1970, TS. Nguyễn Kính Thảo đã nghiên cứu động lực học kéo của
hệ thống máy kéo bánh hơi lâm nghiệp để chặt chăm sóc rừng[12].

7


Năm 1972, TS. Nguyễn Kính Thảo và tập thể cán bộ giảng dạy khoa Công
nghiệp rừng trường Đại học Lâm nghiệp đã nghiên cứu thành công máy kéo

khung gập L35 có thiết bị tời cáp vận xuất gỗ phù hợp với điều kiện phức tạp
của rừng tự nhiên. Máy có thể dùng cáp tời gom gỗ từ xa và len lỏi trong khu
vực khai thác để vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết.
Năm 1982, phòng kỹ thuật Nhà máy cơ khí 15 - 2 đã nghiên cứu cải tiến
xe Kraz theo kiểu xe Reo có thiết bị tời cáp và dàn khung cứng của thùng xe,
gắn puly dẫn động cáp mang tải khi kéo gỗ lên và xuống theo nguyên tắc bốc
dọc.
Năm 1983, TS. Nguyễn Nhật Chiêu đã nghiên cứu tải trọng của máy kéo
bánh hơi khung gập với tay thuỷ lực khi gom và vận suất gỗ trên các sườn dốc
[13].
Năm 1985, Nguyễn Kính Thảo và tập thể cán bộ Viện Khoa học Lâm
nghiệp đã chế tạo thành công tời một trống dẫn động từ trục thu công suất của
máy kéo bánh hơi Zeto 65 mã lực, bốc gỗ theo kiểu Reo.
Năm 1997, PGS.TS. Nguyễn Nhật Chiêu cùng bộ môn Máy Lâm nghiệp
trường Đại học Lâm nghiệp đã thiết kế, chế tạo thiết bị chuyên dùng lắp trên
máy kéo bánh hơi DFH - 180 vận gỗ theo phương pháp kéo nửa lết.
Năm 2002, TS. Nguyễn Tiến Đạt đã nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng
đến khả năng vận xuất gỗ rừng trồng bằng phương pháp kéo nửa lết của máy
kéo bốn bánh cở nhỏ (18 - 24 mã lực).
1.3. Tình hình nghiên cứu áp dụng các thiết bị chuyên dùng trên máy kéo
cỡ nhỏ để vận xuất gỗ trồng rừng.
Máy kéo công suất nhỏ đã và đang dần trở thành nguồn động lực quan
trọng, chủ yếu trong sản xuất nông nghiệp ở nứơc ta. Các công trình nghiên cứu
về máy kéo và liên hợp máy có rất nhiều nhưng mới chỉ tập trung ở lĩnh vực sản

8


xuất nơng nghiệp. Các cơng trình nghiên cứu về máy kéo cỡ nhỏ phục vụ sản
xuất lâm nghiệp, nhất là cho vận xuất, vận chuyển gỗ cịn rất ít.

Để sử dụng hợp lý các loại máy kéo công suất nhỏ phục vụ sản xuất lâm
nghiệp cần phải có nhiều cơng trình nghiên cứu đầy đủ hơn về tất cả các yếu tố
động lực học ảnh hưởng đến khả năng làm việc, từ đó chọn chế độ sử dụng hợp
lý nhất, cải tiến kết cấu phù hợp điều kiện sản xuất lâm nghiệp Việt Nam.
Từ những năm 60 của thế kỷ XX, máy kéo đã được xác định là một nguồn
động lực rất quan trọng của sản xuất nông lâm nghiệp nước ta. Ở cả hai miền
Nam Bắc nước ta đã nhập nhiều các loại máy kéo cỡ lớn, nhỏ của nhiều nước
trên thế giới như: Liên Xô, Tiệp Khắc, Rumany, Trung Quốc, Nhật Bản để phục
vụ sản xuất nông lâm nghiệp.
Cùng với việc nhập khẩu các loại máy kéo của các nước, chúng ta đã rất
chú trọng việc nghiên cứu để chế tạo các loại máy kéo mang nhãn hiệu Việt
Nam như: Bông Sen - 20, Bông Sen - 12, Bơng Sen - 8. Đây chính là nguồn
động lực quan trọng cho ngành sản xuất nông lâm nghiệp ở nước ta.
Trong những năm gần đây, thực hiện cơ chế khoán 10, ruộng đất được
chia lâu dài cho các hộ nông dân. Bên cạnh đó nhà nước có chủ trương giao đất,
giao rừng cho các tổ chức, cá nhân hộ gia đình lên các liên hợp máy kéo nhỏ
đóng vai trị quan trọng trong sản xuất nơng nghiệp, lâm nghiệp. Nó đảm bảo
hầu hết các công việc như làm đất, vận chuyển phân bón, cây con.
Máy kéo cỡ nhỏ tỏ ra khá phù hợp với nền kinh tế thị trường hiện nay, khi
mà ruộng đất chia thành lơ, thửa có kính thước vừa và nhỏ, hơn nữa lại rất phù
hợp với vốn đầu tư của các hộ nông dân. Tuy nhiên các nghiên cứu liên hợp máy
kéo cỡ nhỏ chưa nhiều, đặc biệt là liên hợp máy kéo cỡ nhỏ trong sản xuất lâm
nghiệp. Các cơng trình nghiên cứu liên hợp máy kéo cỡ nhỏ trong vận xuất gỗ
mới chỉ tập trung đánh giá hiệu quả kinh tế khi sử dụng chúng phục vụ sản xuất.

9


Hiện nay các trang trại và hộ gia đình có trang bị rất nhiều các loại máy
kéo hai bánh, bốn bánh như: Bông Sen - 12, Bông Sen - 20, Shibaura, DFH 180… các loại máy này phục vụ chủ yếu sản xuất nơng nghiệp là chính nên thời

gian rảnh rỗi cịn nhiều. Chính vì vậy đã có một số đề tài nghiên cứu áp dụng
các thiết bị chuyên dùng lắp trên máy kéo bánh hơi cỡ nhỏ để vận xuất gỗ rừng
trồng.
Năm 1995, PGS.TS. Nguyễn Nhật Chiêu cùng một số cán bộ giảng dạy
Trường Đại học Lâm nghiệp đã thực hiện đề tài nghiên cứu thuộc đề tài cấp nhà
nước mã số KN - 03 - 04 “Thiết kế chế tạo và khảo nghiệm sản xuất thiết bị vận
xuất gỗ bốc dỡ và vận chuyển để khai thác vùng nguyên liệu giấy gỗ nhỏ rừng
trồng”. Một trong những nội dung chủ yếu của đề tài là thiết kế chế tạo thiết bị
vận xuất bốc dỡ và vận chuyển gỗ kết hợp giữa tời cáp, cơ cấu nâng hạ thuỷ lực
và rơmoóc một trục trên máy kéo động lực MTZ - 50[1].

Hình 1.1. Thiết bị chuyên dùng lắp trên máy kéo MTZ - 50
Năm 1997, nhóm cán bộ giảng dạy bộ môn Máy Lâm nghiệp đã thiết kế
chế tạo thiết bị chuyên dùng là tời cáp cơ khí một trống và cần treo gỗ hình chữ
A lắp sau máy kéo DFH - 180 để vận xuất gỗ nhỏ rừng trồng.

10


Hình 1.2. Thiết bị chuyên dùng lắp trên máy kéo DFH-180
Năm 2001, kỹ sư Nguyễn Anh Trường đã tiến hành khoá luận: “Thiết kế
trang bị chuyên dùng lắp cho máy kéo lái càng Đông Fong D12 để vận xuất gỗ
rừng trồng”. Thiết bị này gồm có nguồn động lực là máy kéo nông nghiệp Đông
Fong 12 mã lực, tời để gom gỗ. Ngồi ra cịn lắp thêm hai bánh hơi phía sau và
một cần chữ A và gỗ được vận xuất theo phương pháp nửa lết.
Năm 2002, kỹ sư Phùng Văn Nghĩa thực hiện khoá luận: “Thiết kế trang
bị chuyên dùng cho máy kéo hai bánh để vận xuất gỗ nhỏ rừng trồng”. Thiết bị
này gồm nguồn động lực là máy kéo Bông Sen - 8, tời kéo gỗ, xe chuyên dùng
lắp cho máy kéo hai bánh để vận xuất gỗ nhỏ rừng trồng theo phương pháp nửa
lết.

Năm 2006, PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu trong khi thực hiện đề tài nhánh
cấp nhà nước mã số KC - 07 - 26 - 05 đã thiết kế chế tạo thiết bị tời cáp lắp sau
máy kéo Shibaura để vận xuất gỗ rừng trồng. Thiết bị đã được thử nghiệm trong
sản xuất và cho năng xuất rất cao[2].

11


Hình 1.3. Thiết bị tời cáp lắp trên máy kéo Shibaura
Năm 2006, kỹ sư Ninh Khắc Lợi đã thực hiện khố luận: “Thiết kế tời dẫn
động cơ khí lắp sau máy kéo Shibaura để vận xuất gỗ rừng trồng”. Tời lắp sau
máy kéo được dẫn động bằng bộ truyền xích và gỗ đựơc kéo theo phương pháp
nửa lết.
Tuy nhiên, các đề tài của sinh viên chủ yếu phục vụ nghiên cứu và học
tập, việc chế tạo các thiết bị này để đưa vào sản xuất thực tế cịn rất ít. Trong
những năm gần đây đã có một vài đề tài nghiên cứu các bộ phận công tác làm
những việc khác như cắt tỉa cành cây, khoan hố trồng cây,...lắp trên máy kéo
Bông Sen - 8 nhưng chỉ mới dừng lại ở việc tính tốn thiết kế trên lý thuyết chưa
đưa ra chế tạo, thử nghiệm.
Để sử dụng máy kéo Bông Sen - 8 vào mục đích này sinh viên Nguyễn
Viết Bắc thực hiện đề tài: “Thiết kế cải tiến máy kéo Bông Sen thành máy kéo
khung gập vận xuất gỗ rừng trồng”. Để có thể gom gỗ từ xa, kéo gỗ theo phương
pháp nửa lết cần thiết kế thêm bộ phận chuyên dùng cho máy kéo khung gập
này. Vì vậy tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Thiết kế thiết bị chuyên dùng lắp
trên máy kéo cỡ nhỏ để vận xuất gỗ rừng trồng”.

12


Mục đích của đề tài là thiết kế ra một thiết bị chuyên dùng lắp trên máy

kéo cỡ nhỏ để vận xuất gỗ rừng trồng, nhằm đưa máy kéo bánh hơi cỡ nhỏ vào
việc vận xuất gỗ tận dụng thời gian nhàn rỗi của máy, tăng năng suất, hạ giá
thành sản phẩm, cải thiện điều kiện làm việc cho người công nhân.

13


Chƣơng 2
ĐỀ XUẤT LỰA CHỌN PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.1. Tìm cấu tạo, đặc tính kỹ thuật của máy kéo Bơng Sen - 8.
Máy kéo Bông Sen - 8 là loại máy kéo hai bánh cầm tay do công ty Máy
kéo và Máy nông nghiệp thuộc Tổng công ty Máy động lực và Máy nông nhiệp
- Bộ Công nghiệp sản xuất (hình 2.1). Máy có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, dễ thao
tác, dễ sử dụng, thích hợp với nhiều loại đất: Ruộng khô, ruộng nước, vườn rau,
vườn cây ăn quả, vườn rừng, trang trại, những nơi có diện tích nhỏ hẹp. Máy
kéo Bông Sen - 8 được dùng làm đất trong nông nghiệp khi lắp thêm các bộ
phận công tác như: Cày nêm một lưỡi, bừa đinh, bánh lồng, bánh bám, dùng cho
vận chuyển khi lắp rơmc một trục. Ngồi ra có thể làm nguồn động lực tĩnh
cho máy tuốt lúa, máy bơm nước, máy phát điện và nhiều loại máy khác.

Hình 2.1. Máy kéo Bơng Sen - 8
Máy kéo Bơng sen - 8 gồm hai phần chính là động cơ và hệ thống truyền
lực. Động cơ máy kéo là động cơ Diezel 180 có số vịng quay 2600 vịng phút,
công suất 8 mã lực. Hệ thống truyền lực gồm bộ truyền đai, côn ma sát, hộp số,
ly hợp vấu chuyển hướng và cặp bánh chủ động. Động cơ và hộp số của máy
kéo được lắp cố định vào khung máy kéo.
Các thông số kỹ thuật của máy kéo Bông Sen - 8 như sau:

14

1. Kích thước bên ngồi: dài, rộng, cao: 1820 x 815 x 1100 (mm).
2. Khoảng cách hai bánh: 570 ÷ 665

mm.

3. Khối lượng kết cấu (hộp số + động cơ, bánh bám, cày): 230 Kg
4. Động cơ Diezel:
- Ký hiệu: R180
- Cơng suất định mức: 8 mã lực
- Số vịng quay định mức: 2600 vòng phút
- Mức tiêu hao nhiên liệu: 210 g/cvh
- Bộ truyền đai: Đai thang kiểu A
5. Bộ ly hợp: Kiểu khô, 3 đĩa
6. Hộp số: 3 + 1
7. Cơ cấu lái: Ly hợp vấu
8. Tốc độ máy kéo:
- Số 1: 3,67 (km h)
- Số 2: 5,42 (km h)
- Số 3: 11,94 (km h)
- Số lùi: 2,57 (km h)
9. Khoảng sáng gầm xe: 230 (mm)
10. Cỡ lốp: 500 - 12 hoặc 600 - 12
11.Tốc độ trích cơng suất: 1190 vòng phút
12. Áp suất hơi trong lốp: 1,4 - 1,2 KG/cm2
2.2. Đề xuất phƣơng án thiết kế.

15

Sau khi nghiên cứu kỹ cấu tạo, đặc tính kỹ thuật của máy kéo Bơng Sen - 8,
tìm hiểu các thiết bị chuyên dùng lắp trên máy kéo để vận xuất gỗ rừng trồng
hiện có trong nước và trên thế giới, tham khảo một số khoá luận tốt nghiệp trong
những năm trước tôi đề xuất hai phương án thiết kế như sau:
Phương án 1: Thiết bị chuyên dùng kiểu tời cáp dẫn động thuỷ lực với vịm
chữ A treo gỗ.
Hình 2.2. Thiết bị chuyên dùng kiểu tời cáp với dẫn động thuỷ lực và
vịm chữ A.
1- Trục thu cơng suất; 2 - puly vấu; 3 - bộ truyền dây đai; 4 - trục (lắp
bánh đai chủ động); 5 - gối đỡ trục (ổ đỡ); 6 - khớp nối; 7 - bơm thuỷ lực; 8 –
bình dầu thuỷ lực; 9, 10, 13, 14, 22 - ống dẫn dầu; 11 - hộp van phân phối thuỷ
lực; 12 - đồng hồ đo áp suất; 15 - động cơ thuỷ lực; 16 - bộ truyền xích; 17 hộp giảm tốc trục vít bánh vít; 18 - khớp nối; 19 - trống tời; 20 - dây cáp tời; 21
- ròng rọc dẫn hướng; 23 - giá đỡ tời; 24 - ổ đỡ trục trống tời; 25 - thanh đỡ;
26,28 - tấm đỡ; 27 - trục tời.
Thiết bị chuyên dùng lắp trên máy kéo Bông Sen - 8 để kéo gỗ rừng trồng
gồm các bộ phận chính sau: Tời kéo gỗ, rịng rọc chuyển hướng và hệ thống
truyền lực dẫn động cho tời.
Khung của tời được lắp cứng trên tấm 26 bằng các bulông. Trên khung có
2 ổ đỡ trục tời 24, trống tời 19 được hàn cứng với trục tời 27. Trên trống tời
quấn dây cáp 20, trục trống tời 27 được lắp với trục ra của hộp giảm tốc trục vít
bánh vít 17 bằng khớp nối 18. Động cơ thuỷ lực 15 được lắp vào giá hình chữ L,
giá này được ghép với tấm 26 bằng 4 bulông. Trục của động cơ thuỷ lực 15
được dẫn động đến trục vào của hộp giảm tốc trục vít bánh vít 17 qua bộ truyền
xích 16.

16


Hệ thống thuỷ lực gồm bình chứa dầu thuỷ lực 8, bộ lọc dầu 7, hộp van
phân phối thuỷ lực 11, đồng hồ đo áp suất 12, van an toàn, các ống dẫn dầu

9,10,13,14,22 và động cơ thuỷ lực 15.
Thùng chứa dầu 8 được lắp trên hộp số máy kéo bằng 4 bulơng, ở trong
thùng dầu có bộ phận lọc dầu hồi và lưới lọc dầu ra.
Bơm dầu 7 được đặt trên tấm đỡ 28 nằm giữa động cơ và hộp số và được
lắp với khung máy kéo bằng các bulông. Truyền động cho bơm dầu được thực
hiện từ trục thu công suất 1 qua cụm puly vấu qua bộ truyền đai 3 đến trục 4 qua
khớp nối 6.
Để đỡ trục 4 dùng ụ đỡ với ổ bi 5. Khi cần truyền động cho bơm dầu thì ly
hợp vấu của cụm puly vấu 2 đóng, khi khơng cần truyền động cho bơm dầu thì
ly hợp vấu ngắt.
Hộp van phân phối thuỷ lực 11, đồng hồ đo áp suất 12 được lắp trên tấm đỡ
25 lắp trên thân máy kéo bởi các bulơng. Khi bơm làm việc dầu có áp suất cao
từ bơm 7 theo ống dẫn 10 đến hộp van phân phối 11, tuỳ vị trí tay điều khiển, từ
hộp van phân phối dầu có áp đi theo một trong hai đường dẫn dầu 13 hoặc 14
đến động cơ thuỷ lực làm trục động cơ thuỷ lực 15 quay. Dầu từ khoang còn lại
của động cơ thuỷ lực theo đường dẫn dầu qua hộp van phân phối qua đường dầu
22, bộ lọc dầu hồi trở về bình chứa 8. Tay điều khiển phân phối thuỷ lực có 3 vị
trí: trung gian (trục động cơ đứng im), thuận chiều (động cơ quay theo chiều
quấn cáp), ngược chiều (động cơ quay theo chiều nhả cáp).
Liên hợp máy kéo với thiết bị chuyên dùng khi gom và kéo gỗ như sau:
Để vận xuất gỗ rừng trồng bằng liên hợp máy gồm máy kéo Bông Sen - 8
và thiết bị chuyên dùng cần 2 người: Người thứ 1 điều khiển liên hợp máy,
người thứ 2 làm nhiệm vụ buộc và tháo dây cáp. Người thứ 1 điều khiển liên
hợp máy tới khu khai thác, quay đầu máy theo hướng vận xuất, đuôi máy quay
về phía cây gỗ đã được chặt. Người thứ 1 điều khiển cần gạt của hộp van phân
17


phối để động cơ thuỷ lực quay theo chiều nhả cáp, người thứ 2 kéo cáp về phía
cây gỗ cần kéo, tiếp đó điều khiển đưa cần gạt của hộp van phân phối về vị trí

trung gian để động cơ thuỷ lực ngừng quay, người thứ 2 cầm đầu dây cáp buộc
vào gốc cây gỗ đã chặt và ra hiệu cho người thứ 1 điều khiển cho cần gạt hộp
van phân phối để động cơ thuỷ lực quay theo chiều quấn cáp để kéo gỗ về phía
liên hợp máy. Khi một đầu cây gỗ được kéo đến gần liên hợp máy, một đầu của
nó được nâng lên trong khoảng khơng gian của giá chữ A, người thứ 1 lập tức
đưa tay lên điều khiển về vị trí trung gian để động cơ thuỷ lực ngừng quay và
một đầu gỗ được treo trên giá chữ A. Sau đó gài số để liên hợp máy kéo gỗ theo
phương pháp kéo nửa lết về bãi gỗ. Về tới bãi gỗ, điều khiển cần gạt của hộp
van phân phối theo chiều nhả cáp để nhả cây gỗ xuống mặt đất. Người thứ 2
tháo dây cáp khỏi cây gỗ, người thứ 1 điều khiển tời quấn cáp lại, cứ như vậy
liên hợp máy lại tiếp tục vào khu khai thác để kéo gỗ ra bãi.
Phương án này có ưu nhược điểm như sau:
Ưu điểm:
+ Kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, dễ sử dụng.
+ Tời không cần có phanh và bộ phận dừng.
+ Ống dẫn thuỷ lực ngắn, ít tổn thất thuỷ lực.
+ Truyền động êm dịu.
+ Dễ dàng tự ngắt khi quá tải nên rất an toàn cho thiết bị tời cáp.
Nhược điểm: Dùng truyền động thuỷ lực cho tời nên hiệu suất không cao.
Phương án 2: Thiết kế thiết bị chuyên dùng kiểu ngoạm thuỷ lực để
ngoạm gỗ.
Thiết bị chuyên dùng lắp trên máy kéo cỡ nhỏ để vận xuất gỗ được thiết
kế theo phương án này có cấu tạo như sau (hình 2.3.):

18


Hình 2.3 : thiết bị chuyên dùng kiểu ngoạm thuỷ lực ngoạm gỗ.
1 - thùng dầu, 2 - hộp van phân phối, 3 - đồng hồ đo áp suất, 4 - ống dẫn dầu, 5
- tấm thép, 6 - động cơ thuỷ lực, 7 - khớp nối, 8 – bơm thuỷ lực, 9 - gối dỡ trục,

10 - bộ truyền đai, 11 - trục thu công suất, 12 - cụm puly vấu, đai,13 - ngoạm,
14,16 – xylanh, 15 - cần chữ A, 17 – khung.
Khung chữ A 15 được lắp khớp với khung 17 và có thể thay đổi tầm vươn
nhờ xylanh thuỷ lực 16. Ở đầu cần chữ A treo ngoạm gỗ 13 sao cho hai càng của
ngoạm nằm trên mặt phẳng thẳng góc với phương kéo gỗ. Ngoạm đóng mở
được nhờ hai xylanh 14 hoạt động đồng thời. Hai xylanh đóng mở ngoạm 14 và
hai xi lanh 16 hoạt động nhờ hệ thống thuỷ lực đặt trên máy kéo tương tự như
phương án một, chỉ khác là hệ thống thuỷ lực khơng có động cơ thuỷ lực dẫn
động cho tời; hộp van phân phối gồm hai ngăn, một ngăn để điều khiển hai
xylanh 14, một ngăn để điều khiển hai xylanh 16.
Thiết bị chuyên dùng được thiết kế theo phương án này hoạt động như
sau:
Người điều khiển liên hợp máy vào khu khai thác, quay đầu máy theo
hướng vận xuất, đi máy về phía cây gỗ đã được chặt. Điều khiển cần gạt ngăn
thứ nhất của hộp van phân phối để dầu từ bơm 9 theo ống dẫn dầu 4 đến xylanh
16 để hạ cần chữ A và ngoạm xuống gốc cây gỗ đã được chặt, đồng thời gạt
ngăn thứ hai của hộp van phân phối để hai càng ngoạm mở ra. Khi ngoạm đã mở
và chạm đất điều khiển cần gạt của ngăn thứ hai cho ngoạm ôm chặt gốc cây gỗ.
Tiếp theo đó gạt cần gạt của ngăn thứ hai theo chiều ngược lại để nâng cần chữ
A cùng gốc cây gỗ đã được ngoạm chặt lên độ cao thích hợp. Điều khiển để liên
hợp máy kéo gỗ theo phương pháp nửa lết về phía bãi gỗ. Về tới bãi gỗ cho liên
hợp máy chuyển động chậm dần đồng thời điều khiển xylanh 16 làm cần chữ A
cùng cây gỗ hạ sát mặt đất, điều khiển cần gạt của ngăn thứ hai để xylanh 14 mở
ngoạm 13 nhả cây gỗ xuống mặt đất. Sau đó điều khiển cần gạt của ngăn thứ

19


nhất của hộp van phân phối để nâng cần chữ A và ngoạm lên. Cứ như vậy chu
kỳ kéo gỗ được lặp lại một cách tương tự.

Phương án này có ưu nhược điểm như sau:
Ưu điểm: Dùng ngoạm nên không cần theo một người để kéo cáp, tháo
buộc cây gỗ.
Nhược điểm:
+ Khơng có cáp thả ra để kéo gỗ từ xa lại, phải di chuyển máy đến tận gốc
cây gỗ cần kéo.
+ Chỉ thích hợp cho khu đất bằng phẳng.
2.3. Tiêu chí lựa chọn phƣơng án thiết kế.
Phương án thiết kế được lựa chọn dựa trên các tiêu chí sau:
- Kết cấu đơn giản gọn nhẹ.
- Dễ tháo lắp, dễ sử dụng, dễ chế tạo.
- Không làm thay đổi nhiều kết cấu của máy, không cản trở việc di chuyển của
máy.
- Đảm bảo ổn định trong mọi trường hợp làm việc.
- Giá thành rẻ.
- Làm việc tin cậy cho năng suất cao.
2.4. Lựa chọn phƣơng án thiết kế.
Trên cơ sở phân tích, so sánh ưu nhược điểm hai phương án đã đề xuất, căn
cứ vào tiêu chí lựa chọn phương án thiết kế đã được đề ra tôi chọn phương án
thiết kế thiết bị chuyên dung kiểu tời cáp với dẫn động thuỷ lực và vòm chữ A
treo gỗ là phương án thiết kế.

20


Chƣơng 3
TÍNH TỐN THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHUN DÙNG
3.1. Nghiên cứu khả năng kéo của máy kéo Bông Sen - 8.
Khả năng kéo của máy kéo là một chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng để xác định
tải trọng cho máy kéo. Khả năng kéo cho ta biết: trong điều kiện cụ thể máy kéo

vận xuất được bao nhiêu gỗ. Để xác định được khả năng kéo của máy kéo Bông
Sen - 8 ta đi xác định các thông số sau:
Mô men quay trên trục động cơ có thể xác định từ biểu thức sau:
N=

M .2 .n
60

(3.1)

Trong đó:
- N: cơng suất của máy kéo (8 mã lực = 5,88);
- M: mô men quay trên trục của động cơ (N.mm);
- n: số vòng quay trên trục động cơ (2600 v p);
Từ (3.1) ta có:
M=
M=

60.N
2 .n

60.5,88
= 21607 N.mn
2.3,14.2600

Lực kéo tiếp tuyến định mức của máy kéo Bông Sen - 8
Theo [9], lực kéo tiếp tuyến được xác định theo công thức sau:
Fk =
Trong đó :

M .i.
r

(3.2)

M: mơ men quay trên trục của động cơ (N.mm);
i: tỷ số truyền của hệ thống truyền lực;

21


r: bán kính làm việc của bánh chủ động (r = 0,28 m);
 : hiệu suất của hệ thống truyền lực (  0,83 );

Thay các giá trị tương ứng ở các số truyền ở biểu thức (3.2) ta được trị số
của lực kéo tiếp tuyến.
Khi máy kéo chạy ở số truyền I:
M .i1 . 21607.65,94.0,83
=
= 4223 N
0,28
r

Fk1 =

Khi máy kéo chạy ở số truyền II:
M .i2 . 21607.49,9.0,83
=
= 3196 N
0,28

r

Fk2 =

Khi máy kéo chạy ở số truyền III:
FK 3 

M .i3 . 21607.19,7.0,83

 1262 N
r
0,28

Khi máy kéo chạy ở số lùi:
Fl =

M .i L . 21607.91,8.0,83
=
= 6283 N
r
0,28

Kết qủa tính tốn được thể hiện trên bảng 02 :
Bảng 02: Lực kéo tiếp tuyến ở các số truyền

Số
Lực kéo tiếp tuyến

I

II

III

Lùi

4223

3196

1262

6283

Lực kéo của máy kéo khi chạy ở số truyền thứ i tính theo cơng thức sau:
PKi = FKi – (Pf + Pi)

(3.3)

22


Trong đó:
- Pi : lực cản độ dốc, Pi = G.sin  ;
- G: là trọng lượng phần đầu máy;
-  : là góc nghiêng của địa hình;
- Pf : lực cản lăn;
Pf = f.G.cos  .
f: hệ số lăn;
FKi : lực kéo tiếp tuyến ở các số truyền;

PKi : khả năng kéo của máy kéo khi làm việc ở số truyền i;
Khả năng kéo của máy kéo ở các số truyền phụ thuộc vào loại đường và
góc nghiêng  .
3.2. Xác định tải trọng kéo.
3.2.1. Tính lực kéo gỗ T mà máy kéo có thể kéo đƣợc.
Giả sử máy kéo khung gập kéo gỗ trên đường băng phẳng (hình 3.1) lực
cản độ dốc Pi = G.sin  = 0, máy kéo chuyển động đều nên lực quán tính Pj = 0,
bỏ qua lực cản khơng khí vi máy chuyển động chậm.

Hinh 3.1: Các ngoại lực tác dụng lên liên hợp máy
Các lực tác dụng lên liên hợp máy kéo gồm có:

23


- T là lực kéo của dây cáp buộc gỗ. T được phân ra làm hai thành phần: Tx
song song với phương chuyển động; Ty thẳng góc với mặt đất;
- Gk là trọng lượng của toàn bộ hệ thống khung (Gk = 1000);
- Gc là trọng lượng của các thiết bị chuyên dùng lắp trên khung máy kéo:
động cơ thủy lực, tời, cáp, hộp giảm tốc (Gc = 200N);
- Gng là trọng lượng của người (Gng= 700N);
- Gg là trọng lượng của ghế ngồi (Gg = 100N);
- Gm là trọng lượng của đầu máy kéo (Gm = 2000N);
- Pf là lực cản lăn của máy kéo;
- Fk là lực kéo tiếp tuyến của máy kéo.
Khi máy kéo chuyển động đều trên đường bằng phẳng ta có phương trình
cân bằng lực kéo:
Fk – Tx – Pf = 0  Fk = Tx + Pf

(3.4)

Trong đó:
Tx = T . cos

(3.5)

Fk = 4223 N là lực kéo tiếp tuyến của máy kéo khi đi ở số I (tốc độ của
máy kéo đi ở số I là 3,67 Km h)
Pf = (Tz + G).f

(3.6)

Với trọng lượng tổng cộng của liên hợp máy là:
G = Gk + Gc + Gg + Gng + Gm = 4000 N
Thay (3.5) và (3.6) vào (3.4) ta có:
Fk = T. cos + (Tz + G).f = T.[ cos + f. sin ] + G.f
Từ phương trình trên ta suy ra biểu thức của lực kéo T như sau:
T

Fk  G. f
cos  . f .sin 

Do khả năng kéo của máy kéo còn bị gới hạn bởi sức bám của bánh chủ
động với mặt đất: Pb = (Gm + Gng + Gg + Pz). 

24


Ở đây hệ số bám của bánh xe chủ động với mặt đất là  = 0,7[9]; Pz là
phản lực theo phương OZ của hệ thống khung lắp sau máy kéo tác dụng lên đầu

máy . Vì vậy lực kéo T phải xác định theo điều kiện bám như sau:
T

Pb  G. f
cos  f .sin 

(3.7)

Mặt khác ta có góc nghiêng  tính theo cơng thức sau đây[9]:
j
)]
g
tg 
j
j
(f q .tg +1)(sin m )+n[cos -tg (sin  )].f q
g
g
cos (f q .tg +1)-n[cos -tg (sin 

(3.8)

Theo sơ đồ sau:
T


T.sin

L



Z

T.cos

a

B

R

Q.cos
X

X





Q

Q.sin

Hình 3.2. Sơ đồ tính tốn tải trọng
Trong đó:
- f q là hệ số ma sát giữa gỗ và mặt đất;
-  là độ dốc của mặt đất;
- j là gia tốc chuyển động của khúc gỗ;

-  là góc hợp bơi dây cáp kéo gỗ với đường vng góc với mặt đất;
- n là hệ số phân bố trọng lượng của cây gỗ;
-  là góc hợp bởi trục cây gỗ nâng lên so với mặt đất;

25