Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật: Xác định một số thông số công nghệ hợp lý khi sử dụng tời tự hành hai trống để vận xuất gỗ rừng trồng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
---------------------

VŨ AN BÌNH

XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THƠNG SỐ CÔNG NGHỆ HỢP LÝ
KHI SỬ DỤNG TỜI TỰ HÀNH HAI TRỐNG ĐỂ
VẬN XUẤT GỖ RỪNG TRỒNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
---------------------

VŨ AN BÌNH

XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THƠNG SỐ CÔNG NGHỆ HỢP LÝ
KHI SỬ DỤNG TỜI TỰ HÀNH HAI TRỐNG ĐỂ
VẬN XUẤT GỖ RỪNG TRỒNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa nơng lâm nghiệp
Mã số: 60.52.14

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. LÊ TẤN QUỲNH

Hà Nội - 2011


i

LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian làm việc khẩn trương, nghiêm túc, đề tài của tơi đã
hồn thành. Nhân dịp này cho phép tôi được trân trọng bày tỏ lời cảm ơn chân
thành tới:
Thầy giáo hướng dẫn khoa học TS Lê Tấn Quỳnh, TS Nguyễn Văn Bỉ,
ThS Phạm Văn Lý đã dành nhiều thời gian hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và
cung cấp nhiều tài liệu tham khảo có giá trị cao.
Tập thể cán bộ, giáo viên Khoa Sau đại học, Trung tâm thí nghiệm thực
hành Khoa Cơ điện và Cơng trình, trường Đại học Lâm nghiệp đã tạo mọi
điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện đề tài.
Xin cảm ơn tới gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ tơi trong
suốt q trình thực hiện đề tài.
Một lần nữa tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới những giúp đỡ q
báu đó.
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi. Những kết
quả trong luận văn này được tính tốn chính xác, trung thực và chưa có tác
giả nào cơng bố.
Những nội dung tham khảo, trích dẫn trong luận văn đều được chỉ dẫ
nguồn gỗ rõ ràng./.
Hà Nội, tháng 9 năm 2011
Tác giả

Vũ An Bình


ii

MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cảm ơn ......................................................................................................... i
Mục lục .............................................................................................................. ii
Danh mục hình vẽ ............................................................................................ vi
Danh mục bảng.................................................................................................. v
ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................. 1
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................. 3
1.1 Tình hình nghiên cứu tời ở trên thế giới ................................................. 3
1.2 Tình hình nghiên cứu tời ở trong nước ................................................... 6
Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI ......................................... 9
2.1 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ............................................................... 9
2.2 Đối tượng, phạm vi và giới hạn nghiên cứu ........................................... 9
2.2.1 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu ....................................................... 9
2.2.2 Giới hạn nghiên cứu ....................................................................... 10
2.3 Nội dung nghiên cứu ............................................................................. 10
2.4 Phương pháp nghiên cứu....................................................................... 10
2.4.1 Lựa chọn phương pháp nghiên cứu................................................ 10
2.4.2. Mục tiêu, nhiệm vụ thực nghiệm .................................................. 12
2.4.3 Thiết bị đo, phương pháp đo và những thông số cần đo ................ 13
2.5 Tiến hành công tác chuẩn bị. ................................................................ 20
2.6 Tiến hành thực nghiệm đơn yếu tố ....................................................... 20
2.6.1 Đánh giá tính đồng nhất của phương sai ........................................ 21

2.6.2 Kiểm tra mức độ ảnh hưởng của các yếu tố................................... 22
2.6.3 Xác định mơ hình thực nghiệm đơn yếu tố để tiến hành các phân
tích và dự báo cần thiết ........................................................................... 23
2.6.4 Kiểm tra tính tương thích của mơ hình hồi quy ............................. 23
2.6.5 Xây dựng đồ thị ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào đến thông số
đầu ra ....................................................................................................... 24


iii

2.7 Tiến hành thực nghiệm đa yếu tố .......................................................... 24
2.7.1 Chọn phương án quy hoạch thực nghiệm và lập ma trận thí nghiệm
................................................................................................................. 25
2.7.2 Tiến hành thí nghiệm ..................................................................... 27
2.7.3 Xác định mơ hình tốn học ............................................................ 29
2.7.4 Kiểm tra tính đồng nhất của phương sai ........................................ 30
2.7.5 Kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số hồi qui .................................. 30
2.7.6. Kiểm tra tính tương thích của phương trình hồi quy .................... 32
2.7.7 Tính lại các hệ số hồi qui ............................................................... 32
2.7.8 Kiểm tra khả năng làm việc của phương trình hồi qui .................. 33
2.7.9 Chuyển phương trình hồi quy về dạng thực................................... 34
2.7.10 Xác định giá trị tối ưu của các yếu tố đầu vào của hàm số mục
tiêu ........................................................................................................... 34
Chương 3 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI ............................................... 35
3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tời hai trống ................................ 35
3.1.1 Cấu tạo............................................................................................ 35
3.1.2 Nguyên lý hoạt động của tời hai trống ........................................... 36
3.1.3 Các thông số kỹ thuật chính của tời hai trống ............................... 37
3.2 Sơ đồ công nghệ khi vận xuất gỗ bằng tời hai trống ............................ 40
3.3 Năng suất của tời khi vận xuất .............................................................. 41

3.4 Những yếu tố ảnh hưởng đến năng suất của tời khi vận xuất ............... 42
3.5 Chi phí năng lượng riêng ...................................................................... 42
3.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng ............................ 47
3.7 Nhận xét ................................................................................................ 47
Chương 4 KẾT QUẢ ĐỀ TÀI ...................................................................... 48
4.1 Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố ........................................................... 48
4.1.1 Ảnh hưởng của tải trọng chuyến (Q) đến năng suất Ng ................. 48
4.1.2 Ảnh hưởng của tải trọng chuyến (Q) đến chi phí năng lượng riêng
Nr ............................................................................................................. 50
4.1.3 Ảnh hưởng của vận tốc cáp tải V đến năng suất Ng ...................... 53


iv

4.1.4 Ảnh hưởng của vận tốc cáp tải V đến chi phí năng lượng riêng N r
................................................................................................................. 55
4.1.5 Kết luận .......................................................................................... 58
4.2 Kết quả thực nghiệm đa yếu tố ............................................................. 58
4.2.1 Chọn vùng nghiên cứu và các giá trị biến thiên của các yếu tố ảnh
hưởng....................................................................................................... 59
4.2.2 Thành lập ma trận thí nghiệm ........................................................ 59
4.2.3 Tiến hành thí nghiệm theo ma trận kế hoạch trung tâm hợp thành
với số lần lặp lại của mỗi thí nghiệm m = 3 ............................................ 60
4.2.4 Xác định mơ hình tốn và thực hiện các phép tính kiểm tra ......... 60
4.2.5 Chuyển phương trình hồi quy của hàm mục tiêu về dạng thực ..... 63
4.2.6 Xác định thông số làm việc tối ưu của tời 2 trống ......................... 63
4.2.7 Khảo nghiệm máy với các giá trị tối ưu của các thông số ảnh hưởng
................................................................................................................. 63
4.3 Kết quả xác định hệ số cản giữa bó gỗ và mặt đất khi kéo lết bằng tời 65
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ............................................................... 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO


v

DANH MỤC BẢNG

Tên bảng

TT

Trang

4.1

Ảnh hưởng của tải trọng Q đến năng suất Ng

49

4.2

Ảnh hưởng của tải trọng Q đến chi phí năng lượng riêng Nr

52

4.3

Ảnh hưởng của vận tốc V đến năng suất Ng

54

4.4

Ảnh hưởng của vận tốc V đến chi phí năng lượng riêng Nr

57

4.5

Dạng mã của các thơng số tải trọng Q và vận tốc V

59

4.6

Ma trận thí nghiệm kế hoạch trung tâm hợp thành.

59

4.7

Tổng hợp các giá trị xử lý được các hàm chi phí
năng lượng riêng Nr.

60

4.8

Tổng hợp các giá trị xử lý được các hàm năng suất Ng.

61

4.9

Kết quả tính tốn lực cản ma sát giữa gỗ và mặt đất.

66


vi

DANH MỤC HÌNH VẼ
Tên hình

TT

Trang

2.1

Đầu đo lực (HBM) tiêu chuẩn

13

2.2

Sơ đồ ghép nối đầu đo vào bó gỗ và cáp tời kéo.

14

2.3

Kết nối dây tín hiệu và hiệu chỉnh thiết bị đo.

15

2.4

Sơ đồ cầu đủ điện trở

16

2.5

Đo tính thể tích gỗ trước khi khảo nghiệm.

17

2.6

Sử dụng đồng hồ bấm giây để xác định thời gian đo.

18

2.7

Sơ đồ kéo gỗ theo phương pháp kéo lết

19

2.8

Chuẩn bị thiết bị trước khi tiến hành thí nghiệm.

20

3.1

Sơ đồ nguyên lý tời hai trống

35

3.2

Mẫu tời hai trống do đề tài cấp Bộ chế tạo

37

3.3

Sơ đồ công nghệ vận xuất gỗ bằng tời hai trống

40

4.1

Đồ thị ảnh hưởng của tải trọng Q đến năng suất Ng

50

4.2
4.3
4.4

Đồ thị ảnh hưởng của tải trọng Q đến chi phí năng lượng
riêng Nr
Đồ thị ảnh hưởng của vận tốc V đến năng suất Ng
Đồ thị ảnh hưởng của vận tốc V đến chi phí năng lượng
riêng Ng

53
55
58


1
ĐẶT VẤN ĐỀ
Việt Nam sau hai mươi năm năm thực hiện đường lối đổi mới đến nay
đã có sự thay đổi một cách toàn diện về mọi mặt. Cùng với sự phát triển về
kinh tế, xã hội nói chung, ngành Lâm nghiệp nói riêng cũng có sự thay đổi
đáng kết trong quá trình phát triển chung của xã hội. Theo những đánh giá
trong thời gian gần đây, ngành công nghiệp chế biến gỗ đã không ngừng phát
triển, tốc độ tăng trưởng khoảng trên 30% đã tạo thành một mạng lưới với
nhiều ngành, nhiều thành phần kinh tế tham gia gồm trên 1.200 doanh nghiệp
với tổng công suất chế biến gỗ khoảng 3 triệu m3/năm. Giá trị kim ngạch xuất
khẩu sản phẩm gỗ thống kê cho thấy năm 2009 đạt 2,6 tỷ USD, tăng gấp 12
lần so với năm 2000 (219 triệu USD). Tuy nhiên, cùng với sự tăng trưởng và
thuận lợi của ngành, chúng ta cũng gặp rất nhiều những khó khăn trong việc
cung ứng cũng như sử dụng nguồn tài nguyên này.
Hiện nay, gỗ rừng trồng là nguyên liệu chủ yếu cho các ngành chế biến

để làm hàng xuất khẩu của nước ta, theo các đánh giá Việt Nam phải nhập
khẩu 80% nguyên liệu gỗ, kim ngạch nhập khẩu hàng năm tương đương
khoảng 40-45% kim ngạch xuất khẩu sản phẩm gỗ. Cụ thể, năm 2005: 667
triệu USD; đến năm 2009 là 1,13 tỷ USD.
Những năm tới và trong tương lai lâu dài, các nước có tài nguyên rừng
giàu có trên thế giới đều có chính sách chung là đảm bảo sự cân bằng giữa
bảo vệ môi trường và phát triển thương mại. Vì vậy việc nhập khẩu gỗ
nguyên liệu để phát triển và tăng trưởng kim ngạch xuất khẩu của Việt nam
trong những năm tới sẽ gặp khơng ít khó khăn.
Trong khi đó theo tính tốn của “Dự thảo chiến lược phát triển Lâm
nghiệp quốc gia 2006 – 2010” tổng nhu cầu nguyên liệu gỗ cần 22 triệu m3;
trong đó cần 12 triệu m3 gỗ lớn. Đến 2010 nguồn gỗ trong nước mới đáp ứng
8 triệu m3. Như vậy, từ 2010 đến 2015 mỗi năm phải nhập khoảng 4 triệu m3,


2
từ năm 2015 - 2020 mỗi năm nhập khoảng 3 triệu m3 gỗ. Chính vì vậy, để
phát triển bền vững ngành chế biến lâm sản đạt chỉ tiêu xuất khẩu 2,1 tỷ USD
vào năm 2010 và 3,2 tỷ USD vào năm 2020 cần thiết phải tăng năng lực sản
xuất của ngành để duy trì trung bình 70 - 80% khả năng tự cung cấp nguyên
liệu gỗ từ rừng trồng và rừng tự nhiên được quản lý bền vững.
Hiện nay, diện tích rừng trồng đang ngày một mở rộng, thay thế cho
những diện tích rừng tự nhiên đã mất đi, việc sử dụng các thiết bị, phương
tiện kỹ thuật vào trong q trình vận xuất gỗ từ thủ cơng đến cơ giới đã và
đang được áp dụng một cách triệt để, trong đó sử dụng tời vận xuất gỗ là một
trong những biện pháp mang lại nhiều hiệu quả kinh tế. Tuy nhiên chưa có
những đánh giá một cách cụ thể nào đối với việc sử dụng tời trong vận xuất
gỗ rừng trồng để đạt năng suất cao, giá thành hạ thơng qua việc xác định một
số thơng số hợp lý.
Chính vì vậy, thực hiện khóa luận tốt nghiệp thạc sỹ kỹ thuật ngành kỹ

thuật máy và Cơ giới hóa nơng lâm nghiệp, được sự đồng ý của Ban chủ
nhiệm khoa sau đại học Trường Đại học Lâm nghiệp, tôi thực hiện khóa luận
tốt nghiệp với đề tài: “Xác định một số thông số công nghệ hợp lý khi sử dụng
tời tự hành hai trống để vận xuất gỗ rừng trồng”.
Mục tiêu của đề tài: Nhằm làm cơ sở khoa học cho việc đề xuất các
giải pháp kỹ thuật và công nghệ để nâng cao hiệu quả sử dụng các loại tời này
trong vận xuất gỗ rừng trồng ở nước ta.


3
Chương 1.
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Tình hình nghiên cứu tời ở trên thế giới
Tời là thiết bị vận xuất gỗ được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước. Trong
khai thác lâm sản tời được sử dụng độc lập để bốc gỗ, xếp đống gỗ, kéo gỗ từ
xa hoặc là bộ phận chính của đường cáp vận xuất, thiết bị công nghệ của máy
kéo chuyên dùng vận xuất gỗ.
Ở những nước có nhiều nền cơng nghiệp rừng tiên tiến như Mỹ,
Canada, Áo, Thụy Sỹ, Na Uy, Nga,…. Việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo, sử
dụng và hoàn thiện tời được quan tâm ngay từ thập kỷ 20 của thế kỷ trước.
Làm thế nào để tăng năng suất lao động và giảm giá thành vận xuất là vấn đề
nghiên cứu được quan tâm hàng đầu.
Ở các nước như Mỹ, Canada vận xuất gỗ bằng tời được sử dụng rộng
rãi ở các vùng núi cao, xuất hiện còn sớm hơn vận xuất gỗ bằng máy kéo [12].
Ở các nước này cũng giống như các nước Tây Âu và Bắc Âu vận xuất gỗ
bằng tời được gọi chung là hệ thống đường cáp khai thác gỗ (Cable logging
Systems) cho nên việc nghiên cứu hoàn thiện tời song hành với nghiên cứu
hoàn thiện đường cáp vận xuất. Các hướng nghiên cứu chính được tiến hành:
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo, sử dụng tời tự hành lắp trên máy kéo bánh
bơm hoặc máy kéo bánh xích thay cho việc sử dụng tời cố định. Các hãng sản

xuất tời cáp hàng đầu của Mỹ như Skedfet Berger, Timberland, Veirhozer đã
cho ra đời các loại các loại tời cáp tự hành Wowniton 108 với tời 3 trống công
suất 320 mã lực, dây cáp được nối thành vịng kín, cột tời cao 15m lắp trên
máy kéo bánh bơm hoặc máy kéo bánh xích. Các loại tời cáp tự hành của
hãng Ckedjet như GT5C, GT5D, GT4 được sử dụng hiệu quả khi vận xuất ở
cự ly 200-300m, diện tích của mỗi lơ khai thác 15-16ha một ca làm việc kéo


4
được 350 cây gỗ. Việc lắp đặt tời tự hành làm giảm công di chuyển, sử dụng
tời dẫn đến giảm giá thành vận xuất.
Nghiên cứu thay thế việc buộc gỗ bằng cơ cấu ngàm kẹp thay cho buộc
gỗ bằng dây cáp.
Kết quả nghiên cứu của Viện FERIC (Mỹ) cho thấy rằng khi sử dụng
tời cáp tự hành Medill 044 và American 7250 trang bị cơ cấu ngàm kẹp gỗ
trong khu khai thác gỗ của Công ty Maxmilan Broedel cho năng suất
210m3/cm ở cự ly vận xuất 113m, thể tích trung bình của khúc gỗ 0,3 - 0,5
m3, thời gian cho một chuyến kéo 0,95 - 1,34 phút. Việc sử dụng ngàm kẹp gỗ
đã cho năng suất tăng 2 lần và góp phần cải thiện điều kiện làm việc của cơng
nhân vận xuất.
Song song việc sử dụng ngàm kẹp gỗ thì nghiên cứu điều khiển từ xa
bằng vô tuyến được nghiên cứu sử dụng. Các hãng sản xuất “Jonson ind LTD
(Canada) đã sử dụng hệ thống điều khiển khâu buộc gỗ bằng sóng vơ tuyến
trên diện tích khu khai thác, nhờ hệ thống MK11 năng suất đã tăng lên 2 lần
(58 khúc gỗ/giờ so với tính tốn 30 - 38 khúc gỗ/giờ)
Ở các nước Châu Âu như Na Uy, Thuỵ Sỹ, Áo, Pháp, Thụy Điển, do
điều kiện tự nhiên và điều kiện rừng khác hẳn với Mỹ và Canada nên hệ thống
tời cáp chỉ sử dụng ở những nơi mà máy kéo không sử dụng được. Phương
thức khai thác chủ yếu được áp dụng ở những nước này là chặt chọn hoặc
chặt tỉa thưa, sản lượng gỗ trên 1ha thấp, gỗ có kích thước nhỏ cho nên tời tự

hành có cơng suất nhỏ được nghiên cứu sử dụng.
Một số hãng sản xuất nổi tiếng như Igland A/C (NaUy) đã sản xuất các
loại tời một trống Primett 4000LH có lực kéo 45kN và tời 2 trống 8002F có
lực kéo 80kN có thể lắp trên các loại máy kéo nông nghiệp, thiết bị này đã
được xuất khẩu sang 25 nước trên thế giới.


5
Hãng sản xuất Kyfer (Pháp) sản xuất tời tự hành MF 10, MF 15, MF25
lắp trên máy kéo bánh lốp 3 hoặc 4 bánh công suất từ 16HP đến 31HP, lực
kéo 3700 kg tốc độ cuốn của dây cáp 0,2 – 2,1 m/s.
Các kiểu tời tự hành của hãng Sespon, Koska ( Thụy Điển) Kracer
(Áo), Opvallden (Thụy Sỹ) với lực kéo 3000 kg, tốc độ cuốn cáp 0,3 – 2,5
m/s là những mẫu tời 2 trống tự hành điển hình của các nước Châu Âu.
Ở nước Nga, tời vận xuất gỗ được áp dụng từ thế kỷ 19 được các kỹ sư
Nga N.Sưtrenco (1878). IA.Vasiliev (1890) thiết kế và chế tạo.
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh và sử dụng tời được các trung
tâm nghiên cứu lớn như: Viện nghiên cứu cơ giới và năng lượng (ЦНИИМЗ),
viện nghiên cứu công nghiệp rừng Xibiri (СИБНИИЛП), Viện nghiên cứu
công nghiệp rừng IRờcut (ИРКУТСКНИИЛП) tiến hành trong nhiều năm qua.
Để vận xuất gỗ ở điều kiện địa hình bằng phẳng với cự li vận xuất dưới
500m và địa hình dốc dưới 2000m Viện nghiên cứu cơ giới hoá và năng
lượng đã thiết kế và chế tạo các mẫu tời TL.3, TL.4, TL.5. Theo [11]. Kết quả
nghiên cứu sử dụng các loại tời trên cho thấy rằng ngoài những ưu việt nổi bật
như ít phá hoại cây con, phá hoại đất, cịn có những ưu việt như giảm công
sửa chữa 2 – 3 lần, chi phí nhiên liệu giảm 50 – 60%, giá thành ca máy giảm
1,5 lần so với sử dụng máy kéo để vận xuất ở điều kiện thể tích trung bình của
gỗ khai thác 0,2m3 sản lượng 150m2/ha cự li vận xuất 500 – 550m
Các loại tời cố định LL12A, LL-8 được nghiên cứu hoàn thiện thay thế
các mẫu tời trên có lực kéo tăng (20 – 30)%, tốc độ cuốn cáp tăng (25 – 40)%,

việc trang bị thêm hộp số cho phép đổi chiều quay của trống tời và thay đổi
vận tốc tăng lên đã giúp mở rộng phạm vi sử dụng tời.
Từ thập kỷ 80, việc nghiên cứu chế tạo các loại tời di động thay thế cho
các loại tời cố định được nghiên cứu rộng rãi. Các mẫu tời tự hành loại nhỏ do
chi nhánh KAVKAZ của Viện nghiên cứu cơ giới hoá và năng lượng Nga


6
nghiên cứu, chế tạo có dung tích chứa cáp của trống tời 1000m, lực kéo
2100kg, tốc độ cuốn cáp 0,3 – 4,3m/s tời này lắp trên máy kéo T40A. Các
mẫu tời tự hành LC.2, LL-20 do chi nhánh Irơcut của Viện ЦНИИМЗ nghiên
cứu chế tạo lắp trên máy kéo TDT-55, TT4, viện nghiên cứu áp dụng hệ thống
điều khiển từ xa cho tời di động được quan tâm nghiên cứu. Mẫu tời LL-14
được chế tạo khảo nghiệm ở Viện lâm nghiệp Goriatre – Klutrevxki cho thấy
việc sử dụng điều khiển từ xa giảm giá thành vận xuất 15%.
Ở Trung Quốc các loại tời 2 trống, 3 trống được sử dụng phổ biến để
vận xuất gỗ ở vùng núi như JS – 0,4, JS208, JS2.3, JS3 – 6, JZ.2-1,5, JZ2 - 3
có lực kéo từ 4 - 30KN, tốc độ cuốn cáp 0,2 – 6m/s, cự li kéo từ 80 – 1000m.
1.2 Tình hình nghiên cứu tời ở trong nước
Có hai trung tâm lớn nghiên cứu về khai thác gỗ ở Việt Nam là Trường
Đại học Lâm nghiệp và Viện khoa học Lâm nghiệp Việt Nam. Từ những năm
60 đến 90 của thế kỷ trước, đối tượng khai thác chính là rừng tự nhiên, các
nghiên cứu tập trung vào một số hướng chủ yếu sau:
- Khảo nghiệm các thiết bị nhập nội phục vụ một số khâu sản xuất.
- Thiết kế cải tiến các thiết bị nhập nội cho phù hợp với điều kiện khai
thác rừng ở Việt Nam.
Có thể kể đến một số nghiên cứu điển hình như sau:
- Khảo nghiệm một số cưa xăng trong dây chuyền khai thác gỗ ở Tây
Nguyên do Viện Công nghiệp rừng thực hiện; “Sử dụng máy kéo TT.4 để vận
xuất” của Nguyễn Trọng Hùng thực hiện năm 1982; “Sử dụng máy kéo để

vận chuyển gỗ” của Nguyễn Văn Lợi thực hiện năm 1982; “Thiết kế máy kéo
khung gập vận xuất gỗ L-35” của Nguyễn Kính Thảo năm 1984”; “Thiết kế
đường cáp Visen vận xuất gỗ” của Lê Duy Hiền;
Viện khoa học Lâm nghiệp đã thiết kế, chế tạo rơ moóc chở gỗ dài,
đường cáp vận xuất gỗ 1A…


7
Từ những năm 90 của thế kỷ trước đến nay, đã có các nghiên cứu tập
trung vào cơng nghệ và thiết bị khai thác rừng trồng. Có thể liệt kê ra đây một
vài cơng trình tiêu biểu:
- Trịnh Hữu Lập: “Hồn chỉnh quy trình cơng nghệ vận xuất gỗ, vận
chuyển gỗ rừng trồng”; “Thiết kế lắp đặt đường cáp kéo căng thả chùng vận
xuất gỗ”.
- Đề tài cấp Nhà nước KN-03-04 “Thử nghiệm hồn thiện và áp dụng
cơng nghệ khai thác, chế biến và bảo quản gỗ nhỏ” do TS. Nguyễn Kính Thảo
làm chủ nhiệm đã tạo ra được 1 mẫu máy có thiết bị tời cáp dẫn động cơ khí,
cơ cấu nâng gỗ dẫn động thuỷ lực, thiết bị có thể gom gỗ từ xa, tự bốc gỗ lên
rơ mooc và vận chuyển ở cự li ngắn. Đã khảo nghiệm cưa xăng Partner P-70
và tời 2 trống chặt hạ và vận xuất gỗ ở trong rừng ngập mặn.
- Nguyễn Nhật Chiêu “Thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm thiết bị vận
xuất, bốc dỡ, vận chuyển để khai thác gỗ nguyên liệu giấy và gỗ nhỏ rừng
trồng”.
- Nguyễn Văn Quân thực hiện luận án Tiến sỹ với đề tài “Nghiên cứu
áp dụng máy kéo bánh hơi để vận xuất gỗ rừng trồng”.
Năm 2005, thực hiện đề tài nghiên cứu cấp nhà nước: “Nghiên cứu lựa
chọn công nghệ và hệ thống thiết bị cơ giới hóa các khâu làm đất, trồng, chăm
sóc rừng trồng và khai thác gỗ” thuộc chương trình KHCN trọng điểm cấp
nhà nước giai đoạn 2001 – 2005 KC07 đã thiết kế chế tạo được mẫu tời
thuyền tự hành 1 trống để vận xuất gỗ rừng trồng, công suất 4.2 kW, cự ly

gom 50m, lực kéo tối đa 5696N; năng suất 15 – 20 m3/ca.
Ưu điểm lớn nhất của tời là thiết kế gọn nhẹ, đơn giản, dễ chế tạo, phù
hợp với gỗ rừng trồng. Nhược điểm: Cự ly gom gỗ ngắn, lực kéo nhỏ, cơn ly
tâm có độ bền kém.


8
Giai đoạn 2006 – 2010, thực hiện đề tài nghiên cứu trọng điểm cấp Bộ
“Nghiên cứu công nghệ, 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 thiết kế, chế tạo được mẫu tời hai trống
công xuất 10 kW. Ưu điểm: của mẫu tời này là có cơng suất lớn hơn, cự ly
kéo xa hơn, đã mở rộng thêm được 5 cấp tốc độ nhờ trang bị thêm hộp số và
trang bị thêm một trống tời tạo điều kiện mỏt rộng khả năng làm việc của tời
với nhiều kiểu sơ đồ công nghệ khác nhau.
Tóm lại: Tời là thiết bị vận xuất thơng dụng được áp dụng ở nhiều
nước trên thế giới và đã được nghiên cứu tương đối hồn chỉnh và có hệ
thống. Tùy theo điều kiện địa hình, điều kiện rừng, quy mơ sản xuất mà ở đó
mỗi nước có những kiểu tời thơng dụng khác nhau nhưng nhìn chung xu thế
chuyển từ tời cố định sang tời di động nhằm giảm nhẹ công di chuyển, lắp đặt
được nhiều nước quan tâm nghiên cứu. Trong số các loại tời đơn giản thì tời 2
trống làm loại tời phổ biến nhất và được dùng đa năng.
Ở nước ta, việc nghiên cứu tời vận xuất chưa được quan tâm nhiều,
nghiên cứu chưa thành hệ thống. Cho đến nay mới chỉ có các nghiên cứu khoa
học về thiết kế, chế tạo tời và khảo nghiệm các yếu tố ảnh hưởng khi vận xuất
gỗ rừng tự nhiên mà chưa có một nghiên cứu cụ nào thể đối với rừng trồng.
Vì vậy, nghiên cứu và ứng dụng tời vào vận xuất gỗ rừng trồng là rất cần thiết
nhằm tăng năng suất lao động, cải tiến điều kiện làm việc của công nhân đồng
thời làm giảm thiểu tác động xấu đến môi trường. Đề tài “Xác định một số
thông số công nghệ hợp lý khi sử dụng tời tự hành hai trống để vận xuất gỗ

rừng trồng” mà luận văn lựa chọn nhằm góp phần làm cơ sở khoa học cho
việc thiết kế chế tạo và lựa chọn chế độ sử dụng hợp lý cho tời tự hành hai
trống trong điều kiện khai thác gỗ rừng trồng ở Việt Nam.


9
Chương 2
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
2.1 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xác định một số thông số công
nghệ hợp lý khi sử dụng tời tự hành hai trống để vận xuất có hiệu quả gỗ rừng
trồng. Qua đó có thể xác định được chế độ sử dụng một cách hợp lý để vận
xuất gỗ rừng trồng trong các điều kiện địa hình khai thác khác nhau với năng
suất cao nhất và chi phí năng lượng riêng nhỏ nhất.
2.2 Đối tượng, phạm vi và giới hạn nghiên cứu
2.2.1 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là mẫu tời hai trống tự hành (Đề tài
nghiên cứu cấp bộ của TS Nguyễn Văn Quân: “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 thiết kế, chế tạo tời hai trống tự hành với mục đích nghiên
cứu các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất và chi phí năng lượng riêng nhằm
xác định được các thông số hợp lý khi sử dụng tời hai trống khi vận xuất gỗ
rừng tự nhiên để đạt năng suất cao, giá thành hạ góp phần đưa được sản phẩm
chế tạo vào thực tiễn sản xuất). Đặc tính và các thơng số kỹ thuật của tời sẽ
được trình bày ở nội dung Chương 3.
Địa bàn nghiên cứu được chọn là khu rừng thực nghiệm, khu vực núi
Luốt thuộc trường Đại học Lâm nghiệp. Vị trí tiến hành thí nghiệm có đặc
điểm địa hình đặc trưng đối với các loại rừng trồng, dạng mái dông một chiều,

mặt đất có trạng thái khơ, thực bì cấp độ thấp, độ dốc trung bình từ 100.
Gỗ thí nghiệm có đường kính dưới 25 cm, chiều dài được cắt trong
khoảng 2,2 m đến 3,0 m.


10
2.2.2 Giới hạn nghiên cứu
Do điều kiện và thời gian thực hiện đề tài có hạn cho nên luận văn chỉ
tập trung nghiên cứu 2 yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến năng suất và chi
phí năng lượng riêng là Tải trọng chuyến (Q), Tốc độ kéo (V). Đối với các
yếu tố còn lại do nghiên cứu ở 1 khu vực khai thác nên được giới hạn trong 1
khoảng nhất định coi như không thay đổi lớn.
2.3 Nội dung nghiên cứu
- Xác định được mức độ hưởng ảnh, quy luật ảnh hưởng của vận tốc
cáp kéo gỗ và tải trọng chuyến đến năng suất và chi phí năng lượng riêng của
tời hai trống;
- Xác định giá trị hợp lý của các tham số điều khiển: tốc độ cáp kéo
(V), tải trọng chuyến (Q) ứng với các cấp độ dốc khác nhau;
2.4 Phương pháp nghiên cứu
2.4.1 Lựa chọn phương pháp nghiên cứu
Sau khi xác định được mục tiêu nghiên cứu, điều quan trọng sau đó là
chọn được phương pháp nghiên cứu phù hợp để giảm bớt được chi phí nghiên
cứu mà vẫn đảm bảo được độ tin cậy của kết quả. Theo [4] nghiên cứu khoa
học được chia ra:
Nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng; nghiên cứu lý thuyết và
nghiên cứu thực nghiệm.
Theo đó, nghiên cứu cơ bản có mục đích phát hiện ra tính qui luật mà
đến trước khi nghiên cứu chưa biết trong thiên nhiên. Nghiên cứu ứng dụng là
pha tiếp theo của nghiên cứu cơ bản. Thông qua chúng để thu nhận các hiểu
biết mới hoặc vận dụng kiến thức đã có vào thực tế sản xuất.

Trong thời đại ngày nay, nghiên cứu ứng dụng là phần đáng kể hơn
trong quá trình chung của việc sáng tạo ra kỹ thuật mới. Nó là cơ sở để tiếp
nhận số liệu, tư tưởng, mẫu và những cái khác được đưa ra. Thông qua chúng,


11
các đối tượng, máy móc, qui trình cơng nghệ mới được thiết kế và đề xuất.
Bởi thế phần lớn các nghiên cứu kỹ thuật theo bản chất của chúng là nghiên
cứu ứng dụng.
Nghiên cứu lý thuyết có mục đích thiết lập một hệ thống quan điểm nào
đó thơng qua việc đưa ra những qui luật mới; nghiên cứu lý thuyết thích hợp
nhất khi nghiên cứu các đối tượng và hệ thống mà trong đó có thể phân chia
rõ các hiện tượng và các q trình có cùng bản chất vật lý.
Mục đích của nghiên cứu thực nghiệm là tiếp nhận những sự kiện mới,
kiến thức khoa học và số liệu khoa học thông qua tổ chức thực nghiệm bằng
cách quan sát đối tượng của nhà nghiên cứu. Khi nghiên cứu các hệ thống
phức tạp mà ở trong đó diễn ra các hiện tượng và quá trình với bản chất khác nhau
thì thích hợp hơn là dùng phương pháp thực nghiệm với lý thuyết tương ứng.
Từ những phân tích ở trên cho thấy rằng nếu sử dụng phương pháp lý
thuyết để xác định sự ảnh hưởng của tất cả các yếu tố đến 2 chỉ tiêu quan tâm
là năng suất và chi phí năng lượng riêng thì phải nghiên cứu tồn diện mức độ
ảnh hưởng và cơ chế tác động của từng yếu tố đến các chỉ tiêu quan tâm, khối
lượng nghiên cứu sẽ rất lớn. Chính vì vậy, để giảm bớt khối lượng công việc
lựa chọn phương pháp nghiên cứu thực nghiệm là phù hợp hơn cả. Tuy nhiên,
phương pháp nghiên cứu thực nghiệm mà chúng tôi sử dụng không phải là
thực nghiệm thuần tuý mà là sự kết hợp hài hoà giữa lý thuyết và thực
nghiệm; lấy lý thuyết làm cơ sở, làm định hướng ban đầu hỗ trợ giảm bớt khối
lượng công việc, rút ngắn thời gian nghiên cứu thực nghiệm.
Trong nghiên cứu thực nghiệm, có thể tiến hành thí nghiệm bằng
phương pháp cổ điển. Nhà thực nghiệm chỉ dựa vào kinh nghiệm và trực giác

để chọn hướng nghiên cứu. Các thí nghiệm được tiến hành lần lượt với sự
thay đổi từng thông số trong khi giữ nguyên các yếu tố còn lại. Phương pháp
cổ điển chỉ cho phép tìm kiếm cái mới phụ thuộc đơn định giữa các chỉ tiêu


12
đánh giá và các yếu tố ảnh hưởng một cách riêng biệt trong khi làm thực
nghiệm một cách riêng rẽ sẽ theo từng yếu tố. Mặc dù có trong tay một tập
hợp các phương trình thực nghiệm đơn yếu tố nhưng vì chúng chỉ là những
trường hợp riêng nên khơng cho kết quả chặt chẽ về mức độ ảnh hưởng của
từng yếu tố trong mối tác động qua lại giữa chúng cũng khơng thể tìm kiếm
phương án phối hợp tối ưu các yếu tố ảnh hưởng.
Nhược điểm của phương pháp nghiên cứu cổ điển là khi nghiên cứu
không thấy được hướng chuyển dịch của quá trình lúc tìm các điều kiện tối ưu
theo quan điểm này các thực nghiệm đó thuộc loại “thụ động”.
Vì thấy rõ những nhược điểm của phương pháp nghiên cứu thực
nghiệm cổ điển chúng tôi chọn phương pháp nghiên cứu thực nghiệm mà
trong đó tiến hành khảo nghiệm máy, thu thập số liệu một cách chủ động theo
1 kế hoạch và chiến lược xác định trước, đó là phương pháp qui hoạch thực
nghiệm.
Quy hoạch thực nghiệm là cơ sở phương pháp luận của nghiên cứu
thực nghiệm hiện đại. Đó là phương pháp nghiên cứu mới trong đó cơng cụ
tốn học giữ vai trị tích cực. Cơ sở toán học, nền tảng lý thuyết của qui hoạch
thực nghiệm là toán thống kế với hai lĩnh vực quan trọng là phân tích phương
sai và phân tích hồi qui.
2.4.2. Mục tiêu, nhiệm vụ thực nghiệm
2.4.2.1 Mục tiêu thực nghiệm
Mục tiêu thực nghiệm là 2 chỉ tiêu năng suất (Ng) và chi phí năng
lượng riêng (Nr) khi vận xuất gỗ rừng trồng bằng tời hai trống tự hành.
2.4.2.2 Nhiệm vụ thực nghiệm

- Xác định các thông số yếu tố ảnh hưởng đến năng suất và chi phí
năng lượng riêng.
- Xây dựng phương trình hồi quy thực nghiệm xác định năng suất Ng


13
- Xây dựng phương trình hồi quy thực nghiệm xác định chi phí năng
lượng riêng Nr.
- Xác định hệ số cản ma sát giữa gỗ và mặt đất.
2.4.2.3 Tham số điều khiển
Tham số điều khiển trong đề tài này được lựa chọn tiến hành khảo
nghiệm là tải trọng chuyến (Q) và vận tốc kéo (V).
2.4.3 Thiết bị đo, phương pháp đo và những thông số cần đo
Để xác định được chi phí năng lượng riêng và năng suất gom gỗ, ta cần
xác định lực kéo của tời tại đầu bó gỗ, trọng lượng của bó gỗ, vẫn tốc kéo của
cáp, chiều dài quãng đường vận xuất, thời gian nhả cáp, buộc gỗ, kéo gỗ, tháo
gỗ…
2.4.3.1 Phương pháp đo lực kéo của cáp tời tại đầu bó gỗ
Để đo lực kéo của dây cáp tại đầu bó gỗ khi vận xuất gỗ ta dùng đầu đo
lực tiêu chuẩn của phịng thí nghiệm đo lường của Khoa Cơ điện & Cơng
trình, trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam. (Hình 2.1)

Hình 2.1. Đầu đo lực (HBM) tiêu chuẩn


14
Mã hiệu của đầu đo lực:
Kraftaufnehmer – Force Transducer (HBM)
Typ Z4; 50kN = 2mV/V ≠ G84938; Made in Germany
Để đo lực kéo của tời tại đầu bó gỗ kéo theo phương pháp kéo lết, ta

buộc đầu bó gỗ lại rồi móc vào một đầu của đầu đo lực, đầu cịn lại móc vào
móc cáp của tời (Hình 2.2).

Hình 2.2. Sơ đồ ghép nối đầu đo vào bó gỗ và cáp tời kéo.
Dây tín hiệu từ đầu đo lực được kết nối với thiết bị xử lý số liệu DMCPlus, thiết bị này được kết nối với máy tính sách tay có cài đặt phần mềm xử
lý số liệu. (Hình 2.3)


15

Hình 2.3. Kết nối dây tín hiệu và hiệu chỉnh thiết bị đo.


16
Nguyên lý làm việc của đầu đo lực tiêu chuẩn, các lá điện trở được mắc
theo sơ đồ cầu đủ điện trở. (Hình 2.4). Cầu đo được nối ra bằng dây dẫn. Hiệu
chuẩn cầu đo bằng cách tạo ra biến dạng đã biết.

Hình 2.4. Sơ đồ cầu đủ điện trở.
R1, R3, R2,R4 – là các tenzo điện trở; Uo- điện áp nuôi; UR- điện áp đầu ra
Nguyên lý cụ thể như sau: Mạch cầu đo được xem như một mạch so
sánh điện trở, thực chất là so sánh hai mức điện thế; tại thời điểm cân bằng thì
điện thế ra bằng 0 (Ur = 0) và định thức R1.R3 = R2.R4 không phụ thuộc vào
điện áp nguồn. khi xuất hiện bất kỳ biến dạng nào đó sẽ dấn đến sự biến đổi
điện trở, lúc này cầu đo bị mất cân bằng nên xuất hiện một điện áp khác 0 trên
đường chéo của cầu, từ đó điện áp trên đường chéo của cầu Tenzo, điện áp
được lấy ra từ đầu đo truyền tín hiện đến thiết bị thu thập và khuếch đại tín
hiệu DMC-Plus kết nối với máy tính xách tay và được điều khiển bằng phần
mềm DMC-Plus.

17
2.4.3.2 Phương pháp xác định trọng lượng gỗ thí nghiệm
Trọng lượng các khúc gỗ thí nghiệm được xác định bằng cách cân, đo
với các dụng cụ đo và phương pháp đo thông thường đã biết. Theo kế hoạch
thực nghiệm, trọng lượng gỗ thí nghiệm yêu cầu là 0,2 T; 0,4T; 0,6T; 0,8T;
1,0T. Với khối lượng riêng của gỗ thí nghiệm xác định được 1 Tấn/m3, thể
tích các bó gỗ tương ứng là 0,2 m3; 0,4 m3; 0,6 m3; 0,8 m3; 1,0 m3.

Hình 2.5. Đo tính thể tích gỗ trước khi khảo nghiệm.