Mô phỏng động và khảo sát độ bền tay thủy lực bốc dỡ gỗ lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843

Luận văn thạc sĩ mô phỏng động và khảo sát độ bền tay thủy lực bốc dỡ gỗ trên máy kéo Shibaura SD 2843, cung cấp kiến thức chuyên sâu.

• Tác giả: Đào Thị Thu Hiền
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Nhật Chiêu
• Trường học: Trường Đại học Lâm Nghiệp
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
• Đề tài: Mô phỏng động và khảo sát độ bền của tay thủy lực bốc dỡ gỗ lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan về công nghệ khai thác gỗ và việc sử dụng tay bốc thuỷ lực
• 1.2. Tổng quan về công nghệ khai thác gỗ rừng trồng
• 1.3. Tình hình ứng dụng tay bốc thuỷ lực trong công nghệ khai thác gỗ ở một số nước trên thế giới
• 1.4. Tình hình ứng dụng tay bốc thuỷ lực trong công nghệ khai thác gỗ ở Việt Nam
• 1.5. Tình hình nghiên cứu về tay thuỷ lực
• 1.5.1. Tình hình nghiên cứu về tay thuỷ lực trên thế giới
• 1.5.2. Tình hình nghiên cứu về tay thuỷ lực ở Việt Nam
• 1.6. Các phần mềm ứng dụng trong thiết kế, mô phỏng máy
• 2. MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 2.2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2.2. Phạm vi nghiên cứu
• 2.3. Nội dung nghiên cứu
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH 3D CỦA TAY THUỶ LỰC BỐC DỠ GỖ
• 3.1. Xây dựng mô hình 3D của tay thuỷ lực lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843
• 3.2. Xây dựng mô hình 3D các chi tiết của tay bốc thuỷ lực
• 3.3. Xây dựng mô hình 3D toàn bộ kết cấu tay thuỷ lực
• 3.4. Mô phỏng động tay thuỷ lực lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843
• 3.5. Mô phỏng tháo, lắp tay thuỷ lực bốc dỡ gỗ
• 3.6. Mô phỏng động tay thuỷ lực bốc dỡ gỗ
• 4. KHẢO SÁT ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG CỦA MỘT SỐ CHI TIẾT CỦA TAY THUỶ LỰC
• 4.1. Cơ sở khảo sát ứng suất, biến dạng tay thuỷ lực
• 4.2. Khảo sát ứng suất biến dạng một số chi tiết chính của tay thuỷ lực
• 4.3. Khảo sát ứng suất và biến dạng cẳng tay của tay thuỷ lực
• 4.4. Khảo sát ứng suất và biến dạng cánh tay của tay thuỷ lực
• 4.5. Khảo sát ứng suất và biến dạng trụ quay của tay thuỷ lực
• 4.6. So sánh kết quả khảo sát với kết quả nghiên cứu thực nghiệm
• 4.7. Đề xuất một số giải pháp hoàn thiện thêm kết cấu của tay thuỷ lực
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về mô phỏng tay thủy lực bốc dỡ gỗ trên máy kéo Shibaura SD 2843

Mô phỏng tay thủy lực bốc dỡ gỗ trên máy kéo Shibaura SD 2843 là một nghiên cứu quan trọng trong lĩnh vực cơ khí và nông nghiệp. Việc sử dụng công nghệ mô phỏng giúp tối ưu hóa thiết kế và nâng cao hiệu suất làm việc của thiết bị. Nghiên cứu này không chỉ giúp cải thiện quy trình bốc dỡ gỗ mà còn giảm thiểu chi phí lao động và thời gian thực hiện.

1.1. Ý nghĩa của mô phỏng tay thủy lực trong nông nghiệp

Mô phỏng tay thủy lực giúp phân tích và tối ưu hóa thiết kế, từ đó nâng cao hiệu suất làm việc. Công nghệ này cho phép kiểm tra các yếu tố như ứng suất và biến dạng, đảm bảo độ bền cho thiết bị.

1.2. Lịch sử phát triển máy kéo Shibaura SD 2843

Máy kéo Shibaura SD 2843 đã được phát triển với nhiều tính năng ưu việt, phục vụ cho việc bốc dỡ gỗ. Sự kết hợp giữa máy kéo và tay thủy lực tạo ra một giải pháp hiệu quả cho ngành lâm nghiệp.

II. Vấn đề và thách thức trong khảo sát độ bền tay thủy lực

Khảo sát độ bền tay thủy lực bốc dỡ gỗ gặp nhiều thách thức, bao gồm việc xác định các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền và khả năng làm việc của thiết bị. Các yếu tố như tải trọng, ứng suất và biến dạng cần được phân tích kỹ lưỡng để đảm bảo an toàn trong quá trình sử dụng.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền tay thủy lực

Độ bền của tay thủy lực phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chất liệu, thiết kế và tải trọng làm việc. Việc phân tích các yếu tố này giúp cải thiện độ bền và hiệu suất của thiết bị.

2.2. Thách thức trong việc khảo sát ứng suất và biến dạng

Khảo sát ứng suất và biến dạng là một thách thức lớn, đòi hỏi sử dụng các công cụ mô phỏng hiện đại. Việc này giúp xác định chính xác các điểm yếu trong thiết kế và cải thiện chúng.

III. Phương pháp mô phỏng tay thủy lực bốc dỡ gỗ hiệu quả

Phương pháp mô phỏng tay thủy lực bốc dỡ gỗ sử dụng phần mềm thiết kế 3D và mô phỏng động. Các công cụ này cho phép tạo ra mô hình chính xác, giúp phân tích ứng suất và biến dạng trong quá trình làm việc.

3.1. Sử dụng phần mềm SolidWorks trong mô phỏng

Phần mềm SolidWorks được sử dụng để tạo mô hình 3D của tay thủy lực, giúp dễ dàng phân tích và tối ưu hóa thiết kế. Việc này giúp giảm thiểu thời gian và chi phí trong quá trình phát triển sản phẩm.

3.2. Ứng dụng Cosmos Motion trong phân tích động

Cosmos Motion cho phép mô phỏng động tay thủy lực, giúp đánh giá hiệu suất làm việc và phát hiện các vấn đề tiềm ẩn trong thiết kế. Điều này rất quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình sử dụng.

IV. Kết quả khảo sát độ bền tay thủy lực bốc dỡ gỗ

Kết quả khảo sát cho thấy tay thủy lực bốc dỡ gỗ lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843 có độ bền cao và khả năng làm việc hiệu quả. Các thông số như ứng suất và biến dạng đều nằm trong giới hạn cho phép, đảm bảo an toàn trong quá trình sử dụng.

4.1. Phân tích ứng suất và biến dạng của tay thủy lực

Phân tích ứng suất và biến dạng cho thấy tay thủy lực hoạt động ổn định dưới tải trọng lớn. Kết quả này khẳng định tính hiệu quả và độ bền của thiết bị trong thực tế.

4.2. So sánh kết quả khảo sát với thực nghiệm

Kết quả khảo sát được so sánh với các nghiên cứu thực nghiệm, cho thấy sự tương đồng cao. Điều này chứng tỏ tính chính xác của phương pháp mô phỏng và khảo sát đã được áp dụng.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của tay thủy lực bốc dỡ gỗ

Kết luận từ nghiên cứu cho thấy tay thủy lực bốc dỡ gỗ lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843 có tiềm năng lớn trong ngành lâm nghiệp. Việc cải tiến thiết kế và ứng dụng công nghệ mới sẽ giúp nâng cao hiệu suất và độ bền của thiết bị.

5.1. Đề xuất cải tiến thiết kế tay thủy lực

Đề xuất cải tiến thiết kế tay thủy lực nhằm giảm trọng lượng và tăng cường độ bền. Việc này sẽ giúp thiết bị hoạt động hiệu quả hơn trong các điều kiện làm việc khắc nghiệt.

5.2. Triển vọng ứng dụng tay thủy lực trong tương lai

Triển vọng ứng dụng tay thủy lực trong ngành lâm nghiệp rất lớn. Việc phát triển công nghệ mới sẽ mở ra nhiều cơ hội cho việc cải thiện quy trình bốc dỡ gỗ, nâng cao năng suất lao động.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Khai thác gỗ rừng trồng tại Việt Nam đang từng bước chuyển đổi từ phương thức thủ công sang cơ giới hóa nhằm giải phóng sức lao động nặng nhọc và nâng cao năng suất thu hoạch. Trước năm 2005, khâu bốc dỡ gỗ nguyên liệu chủ yếu dựa vào sức người hoặc các dàn máy kéo Volvo nhập khẩu cũ kỹ từ Thụy Điển, vốn có giá thành đầu tư cao và khan hiếm phụ tùng thay thế. Đề tài nhánh cấp nhà nước KC-07-26-05 đã nghiên cứu thiết kế và chế tạo thành công mẫu tay thủy lực bốc dỡ gỗ lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843. Thiết bị sở hữu tải trọng nâng thiết kế 2000 N, tầm vươn làm việc cực đại 3,8 m cùng khối lượng toàn bộ cụm tay bốc đạt 2950 N.

Tuy nhiên, hồ sơ thiết kế ban đầu chỉ dừng lại ở các bản vẽ kỹ thuật 2D AutoCAD truyền thống. Cách tiếp cận tính toán sức bền cổ điển thường sử dụng hệ số an toàn tĩnh cao, khiến nhiều chi tiết chịu lực bị thừa bền, làm gia tăng tự trọng kết cấu và giảm tải trọng hữu ích. Đồng thời, việc thiếu mô hình trực quan 3D gây trở ngại lớn cho quá trình gia công, đào tạo vận hành và chuyển giao công nghệ cho các cơ sở sản xuất lâm nghiệp. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật của tác giả Đào Thị Thu Hiền (bảo vệ năm 2013 tại Trường Đại học Lâm nghiệp) đã giải quyết triệt để bài toán này. Nghiên cứu tập trung chuyển đổi toàn diện sang mô hình số 3D, mô phỏng động học quá trình làm việc và khảo sát trạng thái ứng suất - biến dạng của các chi tiết chịu lực then chốt, tạo tiền đề tối ưu hóa kết cấu và nâng cao hiệu quả kinh tế cho các vùng trồng rừng sản xuất.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên sự kết hợp chặt chẽ giữa cơ học vật rắn biến dạng, lý thuyết động lực học hệ nhiều vật (Multibody Dynamics) và phương pháp phần tử hữu hạn (FEA). Mô hình động lực học của tay thủy lực được thiết lập trên nguyên lý D'Alembert và phương trình Lagrange loại II, cho phép mô tả chính xác chuyển động quay và nâng hạ của các khâu trong giai đoạn quá độ. Các khái niệm cơ bản được khai thác chuyên sâu bao gồm:

• Hệ số tải trọng động lực học: Tỷ số giữa tải trọng thực tế xuất hiện trong các thời điểm mở máy, phanh hãm với tải trọng tĩnh danh định.
• Ứng suất tương đương Von Mises: Đại lượng chuẩn tắc dùng để đánh giá độ bền của vật liệu kim loại dẻo dưới tác dụng của trạng thái ứng suất phức tạp.
• Chuyển vị đàn hồi và biến dạng cục bộ: Mức độ thay đổi hình học của các tấm thép kết cấu dưới tác dụng của ngoại lực nâng và mô men uốn xoắn.
• Tính ổn định chống lật: Giới hạn an toàn của máy kéo bánh hơi khi tay thủy lực vận hành ở tầm vươn tối đa 3,8 m kết hợp góc quay 60 độ sang hai bên.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được kế thừa từ các thông số hình học, kết cấu thực tế của đề tài cấp nhà nước KC-07-26-05, kết hợp với các chuỗi số liệu đo thực nghiệm thực tế tại xưởng và lâm trường. Nghiên cứu lựa chọn cỡ mẫu phân tích gồm 3 trường hợp làm việc giới hạn nguy hiểm nhất: vị trí tay vươn xa nhất 3,8 m với tải trọng nâng cực đại 2000 N (Trường hợp I), vị trí đầu cần ở tọa độ thấp nhất (Trường hợp II), và vị trí đầu cần ở tọa độ cao nhất (Trường hợp III). Phương pháp chọn mẫu tập trung vào các trạng thái chịu tải bất lợi nhất nhằm kiểm tra giới hạn chịu lực của 3 cụm chi tiết xung yếu: cẳng tay, cánh tay và trụ quay.

Phương pháp phân tích số được thực hiện bằng bộ phần mềm tích hợp chuyên dụng:

• Môi trường Part và Assembly trong SolidWorks 2007: Dựng mô hình 3D hình học chính xác từng chi tiết dạng tấm hàn và thực hiện lắp ghép hoàn chỉnh với đầy đủ các bậc tự do cơ học.
• Phần mềm CosmosMotion: Mô phỏng động học và động lực học cơ hệ, xác định lực tác động tại các khớp quay và đầu cần pittông xilanh thủy lực theo thời gian thực.
• Module Cosmos Analysis Wizard: Chia lưới phần tử hữu hạn, đặt điều kiện biên ràng buộc, gán tải trọng động và giải bài toán ứng suất - biến dạng.

Toàn bộ quá trình thu thập thông số, mô phỏng số và so sánh đối chứng thực nghiệm được thực hiện liên tục trong khung thời gian từ năm 2012 đến tháng 4 năm 2013.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Mô hình hóa số 3D và phân tích phần tử hữu hạn đã mang lại các kết quả kỹ thuật định lượng chuẩn xác:

• Xây dựng hoàn chỉnh thư viện mô hình 3D của toàn bộ hệ thống tay thủy lực với hơn 15 cụm chi tiết phức tạp, bao gồm trụ quay, cánh tay, cẳng tay, cụm ngoạm gỗ và 4 xilanh thủy lực điều khiển độc lập.
• Mô phỏng động trên CosmosMotion đã kiểm chứng quỹ đạo chuyển động mượt mà của cụm ngoạm, đảm bảo góc quay làm việc linh hoạt 60 độ về mỗi bên so với trục dọc máy kéo và khả năng gập gọn 180 độ về phía trước ở chế độ di chuyển đường dài.
• Khảo sát ứng suất cho thấy ở Trường hợp I (vươn xa nhất 3,8 m, tải nâng 2000 N), ứng suất tương đương Von Mises lớn nhất tập trung cục bộ tại các vị trí hàn gối đỡ tai xilanh và chân trụ quay, nhưng giá trị cực đại vẫn thấp hơn giới hạn chảy cho phép của thép kết cấu CT3 khoảng 25% đến 30%.
• Phân tích trường chuyển vị chỉ ra cẳng tay và cánh tay có độ võng đàn hồi rất nhỏ, dao động dưới mức 1,5 mm tại đầu cần, chứng minh độ cứng vững tổng thể của kết cấu hàn đạt yêu cầu kỹ thuật.

Thảo luận kết quả

Kết quả mô phỏng số được biểu diễn trực quan thông qua các biểu đồ phân bố ứng suất màu (Stress Contour Map), biểu đồ trường biến dạng và đồ thị biến thiên phản lực khớp xoay theo thời gian. Khi đối chiếu với các đồ thị đo thực nghiệm bằng cảm biến đo lực (loadcell) và cảm biến điện trở dán (strain gauge) tại vị trí chân cẳng tay và thân trụ quay lúc bắt đầu nâng tải, sai số tương đối giữa tính toán mô phỏng và thực tế chỉ dao động từ 5,2% đến 7,8%.

Sự chênh lệch nhỏ này khẳng định phương pháp mô phỏng số phản ánh đúng bản chất vật lý của quá trình bốc dỡ gỗ. Phân tích sâu về mặt cơ học cho thấy các tấm kim loại thành bên của cánh tay và cẳng tay có mức ứng suất thực tế khá thấp, chứng minh giải pháp thiết kế ban đầu đã chọn hệ số an toàn tĩnh quá mức cần thiết. Điều này mở ra cơ hội tối ưu hóa bằng cách giảm chiều dày vật liệu, giúp giảm khối lượng bản thân 2950 N mà vẫn đảm bảo điều kiện bền mỏi và ổn định kết cấu khi máy làm việc ở các chu kỳ tải trọng quá độ lặp lại.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết quả mô phỏng động lực học và phân tích ứng suất, tác giả đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật cụ thể nhằm hoàn thiện kết cấu tay thủy lực bốc dỡ gỗ trên máy kéo Shibaura SD 2843:

• Tối ưu hóa khối lượng kết cấu cơ khí: Giảm chiều dày các tấm thép thành bên của cánh tay và cẳng tay từ 10% đến 15%, giúp cắt giảm khoảng 120 N đến 180 N tự trọng của hệ thống tay bốc, qua đó gia tăng tải trọng nâng hữu ích cho mỗi chuyến bốc dỡ gỗ rừng trồng.
• Cải tiến cục bộ các điểm tập trung ứng suất: Bổ sung các gân tăng cứng bán nguyệt tại vùng chuyển tiếp giữa trụ quay và đĩa đỡ, đồng thời tăng bán kính góc lượn hàn tại các tai bắt chốt xilanh thủy lực nhằm loại bỏ hoàn toàn nguy cơ nứt mỏi kim loại khi chịu tải trọng động va đập.
• Nâng cao tính năng ổn định chống lật cho máy cơ sở: Trang bị đồng bộ hệ thống 2 chân chống thủy lực mở rộng kết hợp bổ sung cụm đối trọng 11000 N ở phía đối diện, giúp nâng khả năng chịu tải trọng bốc dỡ an toàn tại tầm vươn cực đại 3,8 m từ mức 1851 N lên đến 4766,5 N.
• Chuẩn hóa và chuyển giao hồ sơ công nghệ 3D: Đơn vị thiết kế và các xưởng cơ khí chuyên ngành cần sử dụng trực tiếp các mô hình 3D SolidWorks cùng video mô phỏng phân rã tháo lắp (Explode View) để làm tài liệu chuẩn hướng dẫn gia công, lắp ráp và bảo dưỡng định kỳ, hoàn thành chuyển giao công nghệ cho các cơ sở chế tạo trong vòng 6 đến 12 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang giá trị học thuật và thực tiễn cao, đặc biệt hữu ích đối với các nhóm đối tượng:

• Kỹ sư thiết kế cơ khí và máy công trình: Ứng dụng quy trình mô hình hóa 3D và phân tích FEA để thiết kế tối ưu hóa các cơ cấu nâng hạ, cần trục, máy xúc và thiết bị bốc xếp chuyên dụng.
• Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Kỹ thuật Cơ khí, Cơ điện tử: Sử dụng làm tài liệu tham khảo mẫu mực về phương pháp tích hợp phần mềm CAD/CAE (SolidWorks, CosmosMotion, Cosmos Analysis) trong phân tích động lực học hệ máy nhiều vật.
• Các nhà máy, xưởng cơ khí chế tạo máy nông lâm nghiệp: Khai thác bản vẽ kết cấu chi tiết và quy trình công nghệ tháo lắp phục vụ gia công, nội địa hóa thiết bị bốc dỡ gỗ quy mô vừa và nhỏ.
• Cán bộ quản lý kỹ thuật tại các công ty lâm nghiệp, ban quản lý rừng: Nắm vững nguyên lý vận hành, giới hạn tải trọng an toàn và chế độ bảo dưỡng để khai thác hiệu quả máy kéo Shibaura SD 2843 gắn tay thủy lực tại hiện trường khai thác rừng trồng.

Câu hỏi thường gặp

• Tại sao cần chuyển đổi từ bản vẽ 2D AutoCAD sang mô hình 3D SolidWorks? Bản vẽ 2D truyền thống gây khó khăn trong việc hình dung không gian và kiểm tra va chạm động học giữa các khâu. Mô hình 3D cho phép tự động tính toán khối lượng, tọa độ trọng tâm, mô men quán tính và mô phỏng trực quan quá trình tháo lắp, giúp rút ngắn 30% thời gian chế tạo và bàn giao kỹ thuật cho công nhân.

• Tải trọng nâng tối đa và tầm vươn của tay thủy lực là bao nhiêu? Theo thiết kế tính toán trong luận văn, tay thủy lực lắp sau máy kéo Shibaura SD 2843 đạt tầm vươn xa nhất là 3,8 m với tải trọng nâng thiết kế an toàn là 2000 N (tương đương 200 kg gỗ cho mỗi chuyến nâng).

• Phân tích ứng suất trong giai đoạn quá độ có ý nghĩa gì đối với độ bền của máy? Giai đoạn quá độ khi bắt đầu nâng, hãm phanh hoặc khởi động quay cần thường sinh ra tải trọng động lực học lớn hơn 1,3 đến 1,8 lần tải trọng tĩnh. Việc mô phỏng giai đoạn này giúp xác định chính xác các điểm tập trung ứng suất nguy hiểm nhất để gia cố hoặc giảm bớt vật liệu thừa.

• Giải pháp nào giúp tăng độ ổn định chống lật cho máy kéo Shibaura SD 2843? Nghiên cứu chỉ ra rằng khi chưa có chân chống và đối trọng, tải trọng nâng an toàn chỉ đạt 1851 N. Khi lắp thêm 2 chân chống thủy lực và khối đối trọng 11000 N, tải trọng nâng cực đại có thể nâng lên mức 4766,5 N tại tầm vươn 3,8 m mà máy vẫn giữ vững thế cân bằng.

• Độ tin cậy của phương pháp mô phỏng số được kiểm chứng như thế nào? Tác giả đã tiến hành đo đạc thực nghiệm biến dạng và lực tác dụng đầu cần bằng các cảm biến đo chuyên dụng. Kết quả so sánh giữa đồ thị thực nghiệm và mô phỏng số cho độ lệch dưới 8%, chứng minh phương pháp tính toán có độ chính xác cao và hoàn toàn đáng tin cậy.

Kết luận

• Luận văn đã số hóa thành công 100% kết cấu cơ khí của tay thủy lực bốc dỡ gỗ từ bản vẽ 2D sang mô hình 3D hoàn chỉnh trên phần mềm SolidWorks.
• Mô phỏng động học trên CosmosMotion đã xác thực chính xác các thông số chuyển động với góc quay làm việc 60 độ và góc xếp dọn vận chuyển 180 độ.
• Phân tích ứng suất phần tử hữu hạn chứng minh kết cấu chịu lực đạt chuẩn an toàn ở tải trọng 2000 N tại tầm vươn 3,8 m, đồng thời phát hiện lượng kim loại thừa bền từ 15% đến 25% ở các tấm thành cần.
• Mô hình mô phỏng số đạt độ tương thích cao với dữ liệu đo thực nghiệm, mức sai số kiểm chứng chỉ từ 5,2% đến 7,8%.
• Đề tài mở ra hướng đi bền vững trong việc làm chủ công nghệ thiết kế, tối ưu hóa và chế tạo máy móc cơ giới hóa khai thác lâm nghiệp tại Việt Nam.

Quý độc giả, kỹ sư và các đơn vị nghiên cứu quan tâm có thể tiếp tục khai thác mô hình 3D này để phát triển các thuật toán điều khiển tự động hóa tay gắp thủy lực hoặc mở rộng thử nghiệm trên các dòng máy kéo công suất lớn hơn trong giai đoạn tới.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về công nghệ khai thác gỗ và việc sử dụng tay bốc thuỷ lực. Tổng quan về công nghệ khai thác gỗ rừng trồng. Trên thế giới, rừng tự nhiên còn rất ít nhưng lại có ý nghĩa to lớn về mặt môi trường, bảo tồn …nên người ta hạn chế khai thác rừng tự nhiên.

Vì vậy, đối tượng của khai thác gỗ hiện nay chủ yếu là gỗ rừng trồng. trong khai thác gỗ rừng trồng người ta thường áp dụng các loại hình công nghệ sau: Công nghệ khai thác gỗ nguyên cây (full – tree method): Cây gỗ sau khi hạ được giữ nguyên cành lá rồi được vận xuất ra bãi gỗ. Tại bãi gỗ người ta mới tiến hành cắt cành, cắt khúc theo quy cách sản phẩm, bốc lên phương tiện và vận chuyển đến nơi tiêu thụ (hình 1. Công nghệ khai thác gỗ dài (tree – length method): Cây gỗ sau khi hạ được cắt cành, cắt ngọn tại nơi chặt hạ rồi mới vận xuất ra bãi gỗ.

Tại bãi gỗ chúng được cắt khúc theo quy cách sản phẩm, bốc lên phương tiện và vận chuyển đến nơi tiêu thụ(hình 1. Công nghệ khai thác gỗ ngắn (shortwood method): Trong công nghệ này toàn bộ các thao tác như hạ cây, cắt cành, cắt ngọn và cắt khúc theo quy cách sản phẩm đều được thực hiện tại nơi chặt hạ. Sau đó, các khúc gỗ được vận xuất đến các bãi gỗ rồi bốc lên các phương tiện vận chuyển đưa về nơi tiêu thụ (hình 1. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Công nghệ khai thác gỗ Việc áp dụng loại hình công nghệ này hay loại hình công nghệ kia cũng như việc lựa chọn một công nghệ thích hợp trong khai thác rừng phụ thuộc vào hàng loạt các yếu tố như: Việc cung cấp nhân lực và tiền công lao động, cơ sở hạ tầng kỹ thuật, khả năng đầu tư, tính sẵn có của trang thiết bị, máy móc và phụ tùng thay thế, điều kiện rừng, điều kiện kinh tế xã hội và vấn đề bảo vệ môi trường sinh thái ở vùng khai thác. Tình hình ứng dụng tay bốc thuỷ lực trong công nghệ khai thác gỗ ở một số nước trên thế giới Ở các nước phát triển trên thế giới, tay thuỷ lực (TTL) được ứng dụng rộng rãi trong các liên hợp máy khai thác. Đặc biệt đối với các nước phát triển như Phần Lan, Thuỵ Điển, Nga,…và các nước có tài nguyên rừng phong phú như Brazin, Tanzania, Ethiopia,. người ta đã thiết kế và chế tạo được nhiều loại tay thuỷ lực sử dụng trong khai thác gỗ làm việc tin cậy với năng suất cao và có thể vận dụng cho cả ba loại hình công nghệ khai thác gỗ nêu trên.

Tay thuỷ lực có thể thực hiện được một hoặc một số khâu công việc trong công nghệ khai thác gỗ. Tương ứng với mỗi loại hình công nghệ người ta có thể tạo ra các TTL có cấu tạo và chức năng phù hợp. Ngoài ra người ta còn tạo ra các loại TTL có thể tham gia thực hiện một công việc cụ thể của tất cả các loại hình công nghệ. Trong công nghệ khai thác gỗ nguyên cây, cây gỗ có thể được hạ bằng LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] cách cắt gốc hoặc hạ cả gốc.

Thông thường người ta dùng cưa xăng hạ cây bằng cách cắt gốc và sử dụng liên hợp máy vận xuất gồm TTL có trang bị ngoạm cỡ lớn lắp trên máy kéo để vận xuất gỗ từ nơi chặt hạ ra ngoài bãi gỗ. Trong công nghệ khai thác gỗ dài và gỗ ngắn, TTL được áp dụng trong liên hợp máy chặt hạ - cắt khúc và liên hợp máy bốc dỡ - vận xuất. Liên hợp máy chặt hạ - cắt khúc cấu tạo gồm tay thuỷ lực có trang bị ngoạm lắp trên máy kéo, ngoạm được trang bị bộ phận cắt để thực hiện việc hạ cây, cắt khúc và cắt cành, ngọn (hình 1. Liên hợp máy bốc dỡ - vận xuất có cấu tạo gồm các bộ phận tương tự như TTL ở liên hợp máy chặt hạ - cắt khúc nhưng được trang bị rơ-moóc và ngoạm không được trang bị bộ phận cắt (hình 1.

Ngoài ra TTL của cả hai loại liên hợp máy trên còn có thể thực hiện việc bốc dỡ gỗ cho các phương tiện khác. TTL trong công nghệ khai thác gỗ dài và gỗ ngắn Trong các loại TTL thì TTL trong liên hợp máy bốc dỡ - vận xuất được sử dụng rộng rãi hơn cả vì có tính cơ động cao. Khi trang bị cho liên hợp máy này một ro- moóc thì TTL dùng để tự bốc dỡ và vận xuất gỗ; khi không trang bị rơ moóc thì TTL được dùng để bốc dỡ gỗ cho các phương tiện khác. Vì vậy, liên hợp máy có trang bị TTL loại này có thể sử dụng cho cả ba loại hình công nghệ khai thác gỗ ở trên.

Tình hình ứng dụng tay bốc thuỷ lực trong công nghệ khai thác gỗ ở Việt Nam. Ở Việt Nam, loại hình công nghệ khai thác gỗ phổ biến là khai thác gỗ ngắn. Gỗ được chặt hạ bằng phương pháp thủ công hoặc cưa xăng và được LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] vận xuất ra ven đường hoặc bãi bỗ bằng phương pháp thủ công ( vác vai, lao xeo) hoặc trâu kéo. Cho đến nay, việc bốc gỗ từ bãi gỗ lên phương tiện vận chuyển, dù là một công việc có tính chất nặng nhọc và nguy hiểm nhưng vẫn chủ yếu được thực hiện bằng phương pháp thủ công.

Từ những năm 1990, tại một số tỉnh miền núi phía bắc ( Yên Bái, Tuyên Quang, Hà Giang, Phú Thọ, Vĩnh Phúc,…) là vùng chuyên canh nguyên liệu giấy cho Nhà máy giấy Bãi Bằng, đã được chính phủ Thuỵ Điển tài trợ hàng loạt liên hợp máy bốc dỡ gỗ và rơ – moóc (thường được gọi tắt là Volvo). Ở điều kiện làm việc cho phép thì Volvo là phương tiện đắc lực cho công tác bốc dỡ và vận xuất, nó làm việc tin cậy, cho năng suất cao và điều kiện làm việc của người lao động được đảm bảo. Kể từ khi không được chính phủ Thuỵ Điển tài trợ, theo thời gian, số lượng Volvo giảm dần vì hỏng hóc mà phụ tùng thay thế lại rất khan hiếm. Đến nay, chỉ còn một số ít Volvo vẫn hoạt động được.3 là TTL lắp trên máy kéo Volvo đang thực hiện việc bốc gỗ lên phương tiện vận chuyển tại lâm trường Hàm Yên – Tuyên Quang.

TTL lắp trên máy kéo Volvo thực hiện việc bốc gỗ LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Volvo và một số liên hợp máy sử dụng trong khai thác gỗ hiện có trên thế giới là những thiết bị có khả năng cơ giới hoá cao, dùng để sản xuất với quy mô lớn nên giá thành của thiết bị rất cao, đòi hỏi vốn đầu tư lớn, điều này không phù hợp với quy mô và khả năng tài chính của các doanh nghiệp trong nước. Với mong muốn tạo ra một thiết bị cơ giới hoá khâu bốc dỡ gỗ thay thế Volvo mà lại phù hợp với điều kiện thực tiễn ở Việt Nam, một trong những nội dung của đề tài nhánh cấp Nhà nước KC 07-26-05 là tính toán thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm thiết bị bốc dỡ - vận xuất gỗ rừng trồng cự ly ngắn. Trong đó thiết bị bốc dỡ gỗ là TTL lắp sau máy kéo Shibaura (hình 1.4: TTL lắp sau máy kéo Shibaura Qua khảo nghiệm cho thấy TTL bốc dỡ gỗ lắp sau máy kéo Shibaura làm việc đạt yêu cầu đặt ra. Tuy nhiên, năng suất và tính cơ động của thiết bị chưa thực sự cao.

Nếu khắc phục được tồn tại này thì đây sẽ là một thiết bị cơ giới hoá bốc dỡ gỗ phù hợp với hoạt động quy mô vừa và nhỏ của các doanh nghiệp, các hộ gia đình; góp phần nâng cao năng suất lao động và cải thiện điều kiện làm việc nặng nhọc cho người lao động. Qua tìm hiểu tình hình ứng dụng TTL trong công nghệ khai thác gỗ cho LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] thấy: Tay thuỷ lực được sử dụng trong tất cả các loại hình công nghệ khai thác gỗ. Ở các nước trên thế giới, người ta đã tính toán thiết kế và chế tạo được nhiều loại TTL làm việc tin cậy với năng suất cao. Ở nước ta, cho đến nay, TTL duy nhất sử dụng hiệu quả trong bốc dỡ gỗ là một thiết bị nhập ngoại (TTL lắp trên máy kéo Volvo) nhưng hiện nay thiết bị này còn rất ít và nó cũng không thực sự phù hợp với thực tiễn Việt Nam.

Gần đây, các nhà khoa học của chúng ta đã thiết kế và chế tạo thành công TTL bốc dỡ gỗ lắp sau máy kéo Shibaura. Tuy nhiên, để tiến tới sản xuất hàng loạt và vận dụng rộng rãi thiết bị này vào thực tiễn sản xuất ta cần thực hiện công tác hoàn thiện thiết kế và đề ra một số chế độ làm việc hợp lý. Tình hình nghiên cứu về tay thuỷ lực 1. Tình hình nghiên cứu về tay thuỷ lực trên thế giới.

Tay thuỷ lực được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất để bốc dỡ hàng hoá. Như đã đề cập ở trên, trong lâm nghiệp TTL được sử dụng rất phổ biến ở các nước có nền kinh tế phát triển và có quy mô sản xuất lớn, còn ở những nước đang hoặc chưa phát triển thì việc áp dụng loại thiết bị này còn rất hạn chế. Vì những lý do trên nên phần lớn những nghiên cứu về TTL cũng tập trung ở các nước có nền công nghiệp tiên tiến. Tiêu biểu trong lĩnh vực này là những nhà khoa học người Nga (Liên Xô cũ), có thể kể ra một số công trình tiêu biểu như sau: Tác giả Alecxangdrov V .A (người Nga) đã đánh giá về sự chịu tải của máy móc lâm nghiệp ở các quá trình quá độ [27], theo đó tác giả đã nhận định rằng tải trọng động lực học (ĐLH) ảnh hưởng đáng kể đến máy móc thiết bị ở các giai đoạn quá độ như lúc mở máy, phanh hãm, lấy đà,…bằng thực nghiệm trên một số máy khai thác có TTL tác giả thấy rằng khi khối lượng gỗ càng tăng thì hệ số tải trọng ĐLH càng giảm, ngược lại khi vận tốc nâng càng tăng thì hệ số tải trọng ĐLH càng tăng.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Cũng tác giả Alecxangdrov V.A trong tài liệu [28] đã nghiên cứu về dao động góc của đầu máy dưới tác động của gió khi bốc dỡ gỗ bằng TTL. Qua tính toán tác giả đã rút ra được ảnh hưởng của các yếu tố như tầm vươn của TTL (l1), khoảng cách giữa hai cầu (l2), chiều cao trọng tâm cây gỗ (ht) lực tác dụng của gió đến dịch chuyển góc của đầu máy (φ1).