Luận án TS Tô Quốc Huy: Nghiên cứu kéo bám, ổn định máy kéo trên đất dốc

Máy kéo bánh hơi tăng cường kéo bám, đảm bảo ổn định tối ưu trên đất dốc. Khám phá ngay công nghệ nông nghiệp hiệu quả cho địa hình khó.

• Tác giả: Tô Quốc Huy
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Nhật Chiêu
• Trường học: Trường Đại học Lâm Nghiệp
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
• Đề tài: Nghiên cứu khả năng kéo bám và ổn định của liên hợp máy kéo bánh hơi với cày chăm sóc rừng làm việc trên đất dốc
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Toàn cảnh nghiên cứu kéo bám ổn định máy kéo trên đất dốc

Việt Nam hiện có trên 4,3 triệu ha rừng trồng sản xuất, trong đó hơn 1,5 triệu ha có thể áp dụng cơ giới hóa. Nhu cầu này đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc phát triển các liên hợp máy nông nghiệp hiệu quả, đặc biệt là cho các công việc nặng nhọc như làm đất và chăm sóc rừng. Việc áp dụng cơ giới hóa lâm nghiệp không chỉ giúp thay thế lao động thủ công mà còn là giải pháp then chốt để cải tạo đất, thâm canh, và nâng cao năng suất rừng trồng. Tuy nhiên, địa hình sản xuất lâm nghiệp ở Việt Nam có độ dốc lớn và bị chia cắt, gây ra nhiều hạn chế cho các loại máy kéo thông thường. Máy kéo bánh hơi có tính cơ động cao nhưng khả năng kéo bám và ổn định lại bị suy giảm đáng kể khi làm việc trên đất dốc. Đây là một rào cản lớn, dẫn đến hiệu suất làm việc thấp và tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn. Luận án "Nghiên cứu khả năng kéo bám và ổn định của liên hợp máy kéo bánh hơi với cày chăm sóc rừng làm việc trên đất dốc" của tác giả Tô Quốc Huy (2021) ra đời nhằm giải quyết vấn đề này. Nghiên cứu tập trung vào việc xác định ảnh hưởng của các yếu tố kết cấu và chế độ sử dụng đến hiệu quả của liên hợp máy, từ đó đề xuất giải pháp cải tiến nhằm tối ưu hóa hoạt động trên địa hình đặc thù của Việt Nam.

1.1. Thực trạng áp dụng cơ giới hóa trong chăm sóc rừng trồng

Hiện nay, việc áp dụng máy móc trong lâm nghiệp còn nhiều hạn chế. Nguyên nhân chính là sự thiếu hụt các thiết bị chuyên dụng có khả năng vận hành hiệu quả và an toàn trên đất dốc. Các loại máy kéo nông nghiệp phổ biến chủ yếu được thiết kế cho địa hình bằng phẳng, do đó khi đưa vào vận hành ở vùng đồi núi, chúng thường gặp vấn đề về lực kéo bám và ổn định động học. Yêu cầu kỹ thuật cho việc chăm sóc rừng trên đất dốc rất khắt khe, đòi hỏi máy móc phải di chuyển theo đường đồng mức, giữ được lớp mùn, hạn chế xói mòn và không làm tổn hại đến cây trồng. Việc thiếu các nghiên cứu chuyên sâu về động lực học của liên hợp máy nông nghiệp trên địa hình dốc đã làm chậm quá trình hiện đại hóa ngành lâm nghiệp.

1.2. Vai trò của liên hợp máy kéo với cày chăm sóc rừng

Liên hợp máy kéo bánh lốp với cày lâm nghiệp đóng vai trò trung tâm trong việc chăm sóc rừng trồng. Thiết bị này thực hiện các công việc như xới đất, vun gốc, diệt cỏ dại và có thể kết hợp bón phân. Quá trình này giúp tăng độ tơi xốp của đất, cải thiện khả năng giữ nước và tạo điều kiện tối ưu cho cây sinh trưởng. Một liên hợp máy hoạt động hiệu quả phải đảm bảo các chỉ tiêu về năng suất, chi phí năng lượng và quan trọng nhất là an toàn lao động nông nghiệp. Vì vậy, việc nghiên cứu để nâng cao khả năng kéo bám và ổn định không chỉ mang ý nghĩa kinh tế mà còn có ý nghĩa xã hội sâu sắc, góp phần phát triển bền vững ngành lâm nghiệp.

II. Thách thức về kéo bám và ổn định của máy kéo trên đất dốc

Khi một liên hợp máy nông nghiệp hoạt động trên địa hình dốc, các thách thức về kỹ thuật và an toàn trở nên vô cùng phức tạp. Vấn đề cốt lõi nằm ở sự suy giảm lực kéo bám và nguy cơ mất ổn định, dẫn đến các tai nạn nghiêm trọng. Trọng lực của máy kéo bị phân tách thành hai thành phần: một thành phần vuông góc với mặt dốc (làm giảm áp lực lên bánh xe) và một thành phần song song với mặt dốc (có xu hướng kéo máy trượt xuống). Sự phân bổ lại trọng lượng này làm giảm đáng kể hệ số bám giữa lốp xe và mặt đất. Đặc biệt, khi di chuyển ngang dốc, trọng lượng dồn về các bánh xe phía dưới, khiến các bánh xe phía trên dễ bị trượt. Độ trượt của bánh xe tăng cao không chỉ làm lãng phí công suất động cơ, tăng tiêu hao nhiên liệu mà còn làm giảm hiệu suất làm việc và gây tổn hại đến cấu trúc đất. Nghiên cứu của RM Makharoblidze đã chỉ ra rằng, trên dốc 14 độ, máy kéo có thể bị trượt ngang tới 3,28 mét sau khi di chuyển 50 mét. Điều này cho thấy mức độ nghiêm trọng của việc mất kiểm soát hướng di chuyển, một trong những điều kiện mất ổn định nguy hiểm nhất.

2.1. Phân tích các điều kiện gây mất ổn định tĩnh và động học

Mất ổn định ở máy kéo được chia thành hai loại chính: ổn định tĩnh học và ổn định động học. Ổn định tĩnh liên quan đến nguy cơ lật hoặc trượt khi máy đứng yên trên dốc, phụ thuộc vào vị trí trọng tâm máy kéo, bề rộng cơ sở và hệ số bám ngang. Khi máy di chuyển, các yếu tố động học xuất hiện. Moment lật được tạo ra không chỉ bởi thành phần trọng lực mà còn bởi lực kéo, lực cản và lực quán tính. Một trong những tình huống nguy hiểm nhất là khi bánh xe chủ động bị kẹt trong rãnh, mô-men xoắn từ động cơ có thể nâng bổng phần trước của máy kéo và gây lật về phía sau. Việc hiểu rõ các giới hạn ổn định dọc và ngang là yêu cầu bắt buộc để thiết kế và vận hành máy an toàn.

2.2. Ảnh hưởng của độ trượt bánh xe đến hiệu quả canh tác

Độ trượt của bánh xe là chỉ số quan trọng phản ánh chất lượng tương tác giữa hệ thống di động và đất. Độ trượt tối ưu thường nằm trong khoảng 10-15% để đạt hiệu suất kéo cao nhất. Tuy nhiên, trên đất dốc, độ trượt rất dễ vượt ngưỡng này. Khi độ trượt tăng, năng lượng của động cơ bị chuyển hóa thành nhiệt và làm biến dạng đất một cách vô ích. Điều này không chỉ làm giảm tốc độ làm việc thực tế, giảm năng suất mà còn làm tăng chi phí nhiên liệu trên một đơn vị diện tích. Hơn nữa, trượt quá mức còn gây ra hiện tượng nén chặt đất, phá vỡ cấu trúc và làm giảm khả năng thấm nước, ảnh hưởng tiêu cực lâu dài đến chất lượng đất lâm nghiệp.

III. Phương pháp xây dựng mô hình động lực học cho máy kéo đất dốc

Để phân tích chính xác khả năng kéo bám và ổn định của liên hợp máy, việc xây dựng một mô hình lý thuyết là bước đi nền tảng. Luận án đã phát triển một mô hình toán học máy kéo ba chiều để mô tả động lực học của liên hợp máy kéo Yanmar F535D và cày chảo khi làm việc trên dốc ngang. Mô hình này xem xét đầy đủ các lực và mô-men tác động lên hệ thống, bao gồm trọng lực, lực cản từ cày, lực kéo bám, lực cản lăn, và các phản lực từ mặt đất lên từng bánh xe. Một điểm đột phá của nghiên cứu là việc sử dụng dữ liệu lực cản cày thực tế, biến thiên theo thời gian, làm thông số đầu vào. Điều này giúp kết quả mô phỏng phản ánh sát hơn với điều kiện vận hành thực tế, thay vì sử dụng các giá trị hằng số giả định. Mô hình được xây dựng và mô phỏng trên phần mềm Matlab-Simulink, cho phép thực hiện một phân tích động lực học chi tiết và khảo sát ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau như góc dốc, hệ số bám, chiều cao trọng tâm và chế độ làm việc đến hiệu suất và sự ổn định của liên hợp máy.

3.1. Mô hình hóa tương tác giữa bánh xe và đất trên địa hình dốc

Tương tác giữa bánh xe và đất là yếu tố quyết định đến lực kéo bám. Mô hình đã phân tích chi tiết mối quan hệ giữa hệ số bám dọc và bám ngang. Khi máy kéo làm việc trên dốc ngang, lực ngang xuất hiện làm giảm khả năng bám theo phương chuyển động. Mô hình cũng tính đến sự phân bố lại phản lực pháp tuyến lên các bánh xe phía trên và phía dưới dốc, một yếu tố trực tiếp ảnh hưởng đến độ trượt của bánh xe. Bằng cách mô hình hóa các hiện tượng vật lý này, các nhà nghiên cứu có thể dự đoán chính xác thời điểm máy bắt đầu trượt hoặc mất ổn định hướng.

3.2. Xây dựng mô hình ổn định hướng chuyển động trên dốc ngang

Một đóng góp mới của luận án là việc xây dựng mô hình ổn định hướng, cho phép xác định góc xoay bánh lái cần thiết để máy kéo duy trì chuyển động thẳng theo đường đồng mức. Khi di chuyển ngang dốc, máy có xu hướng tự nhiên bị trượt xuống dưới. Mô hình này phân tích các lực ngang và tính toán góc lái bù trừ để khắc phục hiện tượng này. Đây là cơ sở khoa học quan trọng cho việc phát triển các hệ thống lái tự động hoặc trợ lực lái thông minh cho máy kéo nông nghiệp trong tương lai, giúp giảm bớt gánh nặng cho người vận hành và tăng độ chính xác khi canh tác.

IV. Hướng dẫn nghiên cứu thực nghiệm khả năng kéo bám và ổn định

Lý thuyết cần được kiểm chứng bằng thực tiễn. Do đó, các thí nghiệm đồng ruộng đóng vai trò không thể thiếu trong việc xác thực mô hình toán học và đánh giá hiệu quả của các giải pháp đề xuất. Nghiên cứu đã tiến hành một loạt thí nghiệm thực địa với liên hợp máy kéo Yanmar F535D và cày chảo trên đất lâm nghiệp. Một hệ thống đo lường hiện đại đã được lắp đặt trên máy kéo để thu thập dữ liệu theo thời gian thực. Hệ thống này bao gồm các cảm biến đo lực kéo, cảm biến đo phản lực pháp tuyến trên các bánh xe (sử dụng tenzô điện trở), cảm biến đo gia tốc, và cảm biến đo tốc độ vòng quay bánh xe. Dữ liệu được thu thập thông qua thiết bị đa kênh Spider 8 và được xử lý bằng phần mềm chuyên dụng Catman. Quá trình thí nghiệm được tổ chức bài bản, cho phép xác định chính xác các thông số quan trọng như hệ số cản lăn, hệ số bám của đất, lực cản thực tế của cày, và độ trượt của bánh xe trong các điều kiện góc dốc và độ sâu cày khác nhau. Các kết quả thực nghiệm này không chỉ dùng để kiểm chứng mô hình mà còn cung cấp bộ dữ liệu quý giá về đặc tính đất đai lâm nghiệp tại Việt Nam.

4.1. Quy trình xác định hệ số bám và hệ số cản lăn thực tế

Hệ số bám và hệ số cản lăn là hai thông số đầu vào cơ bản cho mọi mô hình động lực học. Để xác định các hệ số này, thí nghiệm được tiến hành bằng cách cho máy kéo di chuyển trên các độ dốc khác nhau mà không tải và có tải. Lực kéo cần thiết để duy trì chuyển động ổn định được ghi lại. Từ đó, dựa trên các phương trình cân bằng lực, các giá trị thực nghiệm của hệ số bám và cản lăn được tính toán. Kết quả cho thấy cả hai hệ số này đều bị ảnh hưởng đáng kể bởi góc dốc, khẳng định tầm quan trọng của việc đo đạc trong điều kiện thực tế thay vì sử dụng các giá trị tham khảo.

4.2. Phương pháp đo lường phản lực pháp tuyến và lực cản cày

Để đo phản lực pháp tuyến, các tenzô điện trở được dán trực tiếp lên cầu trước của máy kéo và được hiệu chuẩn trong phòng thí nghiệm. Dữ liệu này rất quan trọng để phân tích sự phân bố tải trọng và đánh giá ổn định tĩnh học và động học. Một phương pháp sáng tạo của luận án là sử dụng sự chênh lệch phản lực giữa bánh xe phía trên và phía dưới để tính toán góc dốc tức thời, giúp loại bỏ sự cần thiết của một cảm biến đo góc dốc riêng biệt. Lực cản của cày lâm nghiệp được đo bằng một cảm biến lực chuyên dụng lắp giữa máy kéo và cày, cung cấp dữ liệu đầu vào thực tế cho mô hình mô phỏng.

V. Top giải pháp nâng cao khả năng kéo bám và ổn định máy kéo

Dựa trên kết quả phân tích từ mô hình lý thuyết và kiểm chứng qua thực nghiệm, luận án đã đề xuất các giải pháp cụ thể và hiệu quả để cải thiện khả năng kéo bám và ổn định cho liên hợp máy nông nghiệp. Giải pháp trọng tâm là cải tiến hệ thống di động (HTDĐ) của máy kéo bánh lốp. Thay vì các giải pháp phức tạp và đắt tiền như khung tự cân bằng, nghiên cứu tập trung vào một phương án khả thi hơn: lắp thêm bánh lồng phụ. Bánh lồng phụ này giúp tăng bề rộng cơ sở của máy kéo, làm hạ thấp trọng tâm máy kéo một cách tương đối và tăng diện tích tiếp xúc với mặt đất. Những thay đổi này trực tiếp cải thiện cả ổn định tĩnh học và ổn định động học ngang. Kết quả khảo nghiệm cho thấy, sau khi cải tiến, máy kéo có thể làm việc an toàn trên dốc ngang lên đến 18 độ. Lực kéo bám cực đại tăng lên 25% so với máy nguyên bản. Đây là một cải tiến đáng kể, giúp nâng cao hiệu suất làm việc và mở rộng phạm vi hoạt động của máy kéo trên địa hình khó khăn.

5.1. Đánh giá hiệu quả của hệ thống di động cải tiến

Các thí nghiệm đồng ruộng so sánh trực tiếp giữa máy kéo nguyên bản và máy kéo đã cải tiến hệ thống di động đã cho thấy kết quả vượt trội. Ở cùng một điều kiện góc dốc và lực cản, độ trượt của bánh xe trên máy cải tiến giảm rõ rệt, giúp hiệu suất kéo tăng lên. Ví dụ, ở lực kéo 4000N trên dốc 10 độ, hiệu suất kéo của máy cải tiến cao hơn đáng kể so với máy nguyên bản. Giải pháp này không chỉ nâng cao hiệu quả mà còn góp phần đảm bảo an toàn lao động nông nghiệp bằng cách giảm thiểu nguy cơ trượt ngang và lật.

5.2. Tối ưu hóa các thông số vận hành của liên hợp máy

Bên cạnh giải pháp kết cấu, nghiên cứu cũng đưa ra các khuyến nghị về việc lựa chọn chế độ vận hành tối ưu. Mô hình mô phỏng cho thấy ảnh hưởng của các yếu tố như áp suất lốp máy kéo, tốc độ di chuyển và cấp số truyền đến hiệu suất tổng thể. Ví dụ, việc giảm áp suất lốp máy kéo trong giới hạn cho phép có thể làm tăng diện tích tiếp xúc, cải thiện hệ số bám. Lựa chọn cấp số phù hợp để động cơ hoạt động ở vùng mô-men xoắn cực đại cũng giúp tối ưu hóa việc sử dụng công suất. Việc kết hợp giữa cải tiến kỹ thuật và tối ưu hóa vận hành sẽ mang lại hiệu quả cao nhất.

VI. Tương lai cơ giới hóa lâm nghiệp ổn định và hiệu suất máy kéo

Nghiên cứu về khả năng kéo bám và ổn định của máy kéo trên đất dốc không chỉ giải quyết một bài toán kỹ thuật cụ thể mà còn mở ra một hướng đi mới cho cơ giới hóa lâm nghiệp tại Việt Nam. Kết quả của luận án cung cấp một cơ sở khoa học vững chắc cho việc thiết kế, lựa chọn và vận hành các liên hợp máy nông nghiệp phù hợp với điều kiện địa hình đồi núi. Mô hình toán học máy kéo được phát triển có thể được áp dụng để đánh giá hiệu quả của nhiều loại máy kéo và máy công tác khác nhau, giúp các doanh nghiệp và người nông dân đưa ra quyết định đầu tư chính xác. Các hệ số thực nghiệm về đất đai như hệ số bám và hệ số cản lăn được xác định trong nghiên cứu là nguồn dữ liệu tham khảo quý giá, bổ sung vào kho tàng tri thức khoa học kỹ thuật trong nước. Hướng phát triển trong tương lai có thể tập trung vào việc tự động hóa. Dựa trên mô hình ổn định hướng đã xây dựng, có thể phát triển các hệ thống điều khiển tự động giúp máy kéo di chuyển chính xác theo đường đồng mức, giảm thiểu sự can thiệp của con người và nâng cao mức độ an toàn lao động nông nghiệp.

6.1. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của các kết quả nghiên cứu

Về mặt khoa học, luận án đã xây dựng thành công mô hình động lực học toàn diện, mô tả sát thực quá trình làm việc của liên hợp máy trên đất dốc. Về thực tiễn, giải pháp cải tiến hệ thống di động là một đề xuất có tính ứng dụng cao, chi phí hợp lý và dễ dàng triển khai. Kết quả này giúp nâng cao hiệu suất làm việc, giảm chi phí năng lượng và quan trọng nhất là đảm bảo an toàn cho người vận hành, góp phần thúc đẩy sản xuất lâm nghiệp thâm canh và bền vững.

6.2. Đề xuất và kiến nghị cho phát triển máy kéo tương lai

Nghiên cứu đề xuất cần tiếp tục hoàn thiện các mô hình động lực học để có thể áp dụng cho nhiều loại máy kéo bánh lốp và địa hình khác nhau. Cần có sự hợp tác chặt chẽ hơn giữa các viện nghiên cứu và nhà sản xuất để chế tạo các dòng máy kéo chuyên dụng cho đất dốc, tích hợp sẵn các giải pháp tăng cường ổn định. Đồng thời, cần xây dựng các quy trình vận hành an toàn và tổ chức các khóa đào tạo cho người sử dụng máy, nhằm khai thác tối đa tiềm năng của công nghệ và giảm thiểu rủi ro trong sản xuất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tình hình cơ giới hóa trong trồng và chăm sóc rừng Cơ giới hóa trong trồng và chăm sóc rừng là việc sử dụng thiết bị máy móc để thực hiện các công việc: Làm đất trồng rừng, xử lý thực bì, vun gốc, bón phân, tỉa cành, phun thuốc trừ sâu, tưới nước.chăm sóc rừng trồng. Trong sản xuất lâm nghiệp hiện nay chủ yếu sử dụng máy kéo kết hợp với máy công tác chuyên dụng phù hợp với từng khâu canh tác cụ thể, được gọi là liên hợp máy (LHM). Máy kéo là máy động lực đặc biệt có khả năng kéo bám tốt, di chuyển, hoạt động hiệu quả trên nền đất sản xuất nông, lâm nghiệp; có khả năng liên hợp và trích truyền công suất đa dạng cho các máy công tác.

Do đặc điểm của địa hình, đất đai trong lâm nghiệp có độ dốc lớn, địa hình bị chia cắt, mặt đất không bằng phẳng, tính chất đất không đồng nhất, có nhiều đá lẫn, gốc cây. làm cho LHM canh tác kém ổn định khi làm việc dẫn đến hiệu quả sử dụng thấp. Để nâng cao hiệu quả sử dụng, ngoài các yêu cầu chung của máy động lực, máy kéo được lựa chọn làm việc trong sản xuất lâm nghiệp cần đáp ứng các yêu cầu cơ bản như: Độ ổn định cao, làm việc an toàn trên đất dốc; tính chất kéo bám tốt, tính cơ động cao, điều khiển linh hoạt, dễ sử dụng; có tính vạn năng, thực hiện được nhiều khâu canh tác ở điều kiện đồi núi, tiết kiệm nhiên liệu.1 Tình hình cơ giới hóa trong trồng và chăm sóc rừng trên thế giới Địa hình đất dốc lâm nghiệp để ứng dụng cho cơ giới hóa khâu canh tác đã được Xerikov U.B phân cấp thành 5 cấp: < 80; 8 ÷ 120 ; 12 ÷ 200; 20 ÷ 350; 35 ÷ 400 [20]. Sử dụng cơ giới hoá làm đất trồng rừng ở một số nước tiên tiến trên thế giới đã được tiến hành khá toàn diện từ khâu qui hoạch phân lô khoảnh, xử lý thực bì, san ủi bậc thang, cày đất trồng cho đến chăm sóc rừng.

Ở các quốc gia phát triển như: Mỹ, Liên Xô 7 cũ, Australia, Thuỵ Điển, Đức, Canada, Brazil. công việc làm đất trồng rừng chủ yếu được thực hiện bằng cơ giới. Các chủng loại máy kéo có công suất lớn và hiện đại như: Fiat, Komatsu, Bofort, Caterpilar, TZ-171, T-130 với thiết bị chuyên dụng: Ben ủi, răng rà rễ, máy phát dọn thực bì, rulô có gắn lưỡi cắt (Chopper roller). để xử lý thực bì, cày ngầm, cày lật, phay đất, khoan hố.

đã được sử dụng để làm đất trồng rừng. Bên cạnh đó, các máy kéo có công suất trung bình và nhỏ như: Kubota, Shibaura, Huyndai, John Deere, Indo Farm. cũng được sử dụng cho các công việc chăm sóc, bón phân, thu hoạch phù hợp với điều kiện sản xuất của mỗi nước. Để tăng độ ổn định ngang khi máy kéo làm việc trên đất dốc, ở một số nước công nghiệp phát triển như Liên Xô (cũ), Đức, Thuỵ Điển đã sản xuất các máy kéo có khung thăng bằng tự động, xoay được hộp truyền lực cuối cùng để thay đổi vị trí trọng tâm, tăng bề rộng cơ sở, hạ thấp trọng tâm, lắp thêm tải trọng phụ, tăng kích thước các mấu bám, tăng trọng lượng bám cho các bánh phía trên dốc, sử dụng máy kéo 2 cầu chủ động, máy kéo xích hoặc máy kéo nửa xích.

để tăng tính ổn định và khả năng bám. Một số loại máy kéo đất dốc có khung tự cân bằng 8 Trên hình 1.1 trình bày một số sơ đồ máy kéo có khung thăng bằng: chỉ giữ thăng bằng phần khung máy (a); giữ thăng bằng cả khung máy và cả hệ thống di động (b, c, d, e). Nhờ kết cấu đặc biệt như vậy, tính ổn định ngang, tính năng lái và tính năng kéo bám tốt hơn hẳn các loại máy kéo thông thư- ờng. Những loại máy kéo này có thể làm việc hiệu quả ở địa hình độ dốc cao tới 200 - 250, trong khi các loại máy kéo nông nghiệp thông thường chỉ được phép sử dụng ở độ dốc nhỏ hơn 150.

Một số hãng máy kéo như Kubota, Indo Farm còn chế tạo máy kéo 2 cầu chủ động, quay vòng 2 tốc độ, tính năng này cho phép giảm bán kính quay vòng, tăng tính cơ động, rất phù hợp với điều kiện địa hình đất dốc, chia cắt của lâm nghiệp. Tuy nhiên, kết cấu của các loại máy kéo này rất phức tạp, khó chế tạo và giá thành cao. Tại Australia [35], những năm gần đây đã nghiên cứu áp dụng nhiều phương thức kỹ thuật cơ giới làm đất cho các loại địa hình đất đai khác nhau, phổ biến là: sử dụng rulô (Chopper roller) có gắn các lưỡi cắt băm nát lớp thực bì, cành lá để lại sau khai thác, rải đều trên mặt đất; sau đó cày ngầm theo đường đồng mức hoặc cày vun luống theo rạch (cày ngầm có lắp 2 chảo vun luống) để trồng rừng, (hình 1. LHM cày ngầm và LHM cày đĩa tại Autralia 9 Trên địa hình có độ dốc trên 150 thường áp dụng phương thức làm đất cục bộ, sử dụng máy xúc với gầu múc đặc biệt có lưỡi cắt (Wilco ripping tine and slash rake) hoặc khoan (VH Mulcher on the low loader) tạo ra những hố đất tơi xốp có đường kính từ 0,8 – 1,0 m, sâu trên 0,7 m để trồng cây.

Ở địa hình có góc dốc < 100 sử dụng LHM cày chảo làm đất toàn diện và trồng rừng. Cơ giới chăm sóc rừng trên thế giới thường sử dụng máy móc, thiết bị phát dọn thực bì cỏ dại, xới đất, cày chăm sóc theo hàng bằng cày lật hoặc cày chảo vun gốc và làm tơi đất… Các nghiên cứu của L. Pancel, Allan, Weidelt (1976), Evan (1982), Winter (1977) ở Mỹ, Nga cũng đã đưa ra các biện pháp chăm sóc rừng chủ yếu là: sử dụng các thiết bị để phát quang, tỉa thưa, xới đất theo hàng, theo băng hay cục bộ quanh gốc cây. Thiết bị cơ giới được sử dụng chăm sóc rừng như: Cày lật, cày xới sâu, phay đất, máy phát cỏ, tưới nước, bón phân.

Hiện nay việc sử dụng máy kéo liên hợp với một số thiết bị chuyên dụng để phát cỏ dại, xới vun gốc cây, phun thuốc diệt sâu bệnh và cỏ dại, bón phân để chăm sóc rừng khá phổ biến ở nhiều nước như: Đức, Australia, Malaysia. Các LHM kéo có công suất vừa và nhỏ như Kubota của Nhật, Lemken của Đức, Indo Farm của Ấn Độ. được sử dụng khá rộng rãi cho làm vườn và chăm sóc rừng. Các hệ thống thiết bị và kỹ thuật tới nước cho rừng trồng trong mùa khô cũng đã được nghiên cứu áp dụng trong phạm vi hẹp như tại Israel, Rumani, Trung quốc.

Rừng trồng Bạch đàn có sử dụng hệ thống tưới cho năng suất đạt tới 90 m3/năm. Ở Trung Quốc đã chế tạo được các loại máy khác nhau như JC-10A trang bị 5 lưỡi cày xới, máy cày chảo XYC lắp sau máy kéo bánh hơi, máy phay đất mini có công suất 1,5 - 2,5 kW với tốc độ quay trục lưỡi phay 150 - 200 vòng/phút hoặc loại có công suất 4 - 5 kW với tốc độ quay trục phay 200 vòng/phút phục vụ công việc làm đất chăm sóc rừng. 10 Nhìn chung kỹ thuật và thiết bị trong trồng và chăm sóc rừng khá hiện đại và đa dạng, công nghệ phổ biến là: Sử dụng thiết bị cơ giới chuyên dụng phát dọn hoặc băm nát thực bì, làm đất trồng rừng, vun gốc, tưới nước, bón phân chăm sóc rừng trồng. Tình hình cơ giới hóa trong trồng và chăm sóc rừng ở Việt Nam 1.

Đặc điểm rừng trồng và những yêu cầu kỹ thuật làm đất trồng chăm sóc rừng. Tính đến năm 2020 Việt Nam có 4.786 ha rừng trồng trong đó có 3.486 rừng sản xuất [1]. Riêng đối với miền Bắc, phần lớn diện tích đất trồng rừng là trên đất trống đồi núi trọc hoặc trên đất trồng rừng sau khai thác. Địa chất, thổ nhưỡng chủ yếu là đất feralit màu vàng đỏ hoặc vàng nhạt phát triển trên phiến thạch sét hoặc trên đất phù sa cổ phấn sa, sa thạch lẫn thạch anh.

Độ dầy tầng đất mỏng, có nơi nhỏ hơn 50 cm. Đất có tầng phong hoá dầy trung bình nhưng do bị xói mòn và laterite mạnh nên trong đất hình thành nhiều kết von đá ong chiếm 50 đến 70 % bề mặt phẫu diện, ở nhiều nơi tầng dưới bị đá ong hoá rất cứng [26]. Trên các đất trống nông lâm nghiệp vùng đồi núi, mặt đất thường được che phủ bởi lớp thực bì gồm cây cỏ, cây bụi và các loài cây gỗ tạp. Theo nghiên cứu thực nghiệm ở Việt Nam [20], độ dốc đất lâm nghiệp được phân thành các cấp độ như: <50; 50 ÷ 100; 100 ÷ 150; 150 ÷ 200; và > 200.

Trồng rừng thâm canh cung cấp gỗ lớn được sử dụng trên vùng có độ dốc phổ biến nhỏ hơn 150. Loài cây trồng chính là keo, bạch đàn, thông,. sinh trưởng và phát triển của các loài cây này ở điều kiện lập địa thích hợp tại vùng núi phía Bắc đã được tác giả Đặng Văn Thuyết [23] nghiên cứu cho thấy tại bảng 1. Sinh trưởng và phát triển một số rừng trồng chính ở miền Bắc Loài Hvn Hdc Dt D1.

Các kỹ thuật chăm sóc rừng được thực hiện cơ bản là 4 lần: Lần một, sau khi trồng 2 - 3 tháng, trồng dặm, phát thực bì, xới cỏ vun gốc. Lần hai, vào đầu mùa mưa năm thứ 2, phát thực bì, xới cỏ, vun gốc và bón thúc. Lần ba, vào cuối mùa mưa năm thứ 2, phát thực bì. Lần bốn, vào đầu mùa mưa năm thứ 3, phát thực bì cày xới đất, bón phân.

Công việc trừ cỏ và xới đất thường tiến hành đồng thời, xới đất được tiến hành bằng các phương thức khác nhau như: Xới toàn diện, xới cục bộ theo băng, theo đám với độ sâu hợp lý tuỳ thuộc vào mức độ sinh trưởng của cây và loại đất. Lựa chọn thiết bị và quy trình kỹ thuật phù hợp không những nâng cao năng suất lao động, giảm lao động thủ công mà còn nâng cao năng suất và chất lượng rừng trồng. Do vậy khi thực hiện khâu làm đất chăm sóc rừng bằng cơ giới phải đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật canh tác trên đất dốc, đồng thời đảm bảo được chất lượng theo yêu cầu kỹ thuật trồng rừng. 12 - Yêu cầu kỹ thuật canh tác trên đất dốc: + Ít làm xáo trộn lớp đất mặt; + Giữ được tối đa lớp đất mùn và chất hữu cơ trên mặt đất; + Hạn chế rửa trôi, xói mòn đất.