Mô Phỏng Động và Khảo Sát Độ Bền Tay Thủy Lực Bốc Dỡ Gỗ Lắp Trên Máy Kéo Shibaura SD 2843

Công nghệ khai thác gỗ rừng trồng ngày càng được chú trọng. Các phương pháp như khai thác gỗ nguyên cây, gỗ dài và gỗ ngắn được áp dụng tùy theo điều kiện cụ thể. Việc cơ giới hóa, đặc biệt là sử dụng tay thủy lực bốc dỡ gỗ, giúp nâng cao hiệu quả và giảm thiểu sức lao động thủ công. Các yếu tố như chi phí nhân công, cơ sở hạ tầng và khả năng đầu tư ảnh hưởng đến việc lựa chọn công nghệ khai thác phù hợp. Việc áp dụng công nghệ khai thác gỗ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm cả điều kiện kinh tế xã hội và vấn đề bảo vệ môi trường sinh thái.

Tại các nước phát triển, tay thủy lực được sử dụng rộng rãi trong các liên hợp máy khai thác gỗ. Các quốc gia như Phần Lan, Thụy Điển, Nga và các nước có nguồn tài nguyên rừng phong phú đã thiết kế và chế tạo nhiều loại tay thủy lực có độ tin cậy cao và năng suất lớn. Tay thủy lực có thể thực hiện một hoặc nhiều công đoạn trong quy trình khai thác gỗ, từ chặt hạ, cắt khúc đến bốc dỡ và vận chuyển. Tương ứng với mỗi loại hình công nghệ người ta có thể tạo ra các TTL có cấu tạo và chức năng phù hợp.

Ở Việt Nam, công nghệ khai thác gỗ ngắn là phổ biến. Tuy nhiên, việc bốc gỗ lên phương tiện vận chuyển vẫn chủ yếu được thực hiện thủ công. Trước đây, một số tỉnh miền núi phía Bắc đã được Thụy Điển tài trợ các liên hợp máy bốc dỡ gỗ Volvo, nhưng số lượng giảm dần do hỏng hóc và thiếu phụ tùng thay thế. Đề tài KC 07-26-05 đã thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm thiết bị bốc dỡ gỗ lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843, mở ra hướng cơ giới hóa phù hợp với điều kiện Việt Nam. Thiết bị bốc dỡ gỗ là TTL lắp sau máy kéo Shibaura.

Các bản vẽ thiết kế 2D gây khó khăn trong quá trình chế tạo và chuyển giao công nghệ tay thủy lực. Việc giám sát và hướng dẫn công nhân lắp ráp trở nên phức tạp và tốn thời gian. Cần có mô hình 3D trực quan để dễ dàng hình dung cấu trúc và nguyên lý hoạt động của thiết bị, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất và đào tạo.

Các thiết kế tay thủy lực thường dựa trên phương pháp sức bền vật liệu với hệ số an toàn cao, dẫn đến một số chi tiết thừa bền. Điều này làm tăng trọng lượng và chi phí sản xuất. Cần có các phân tích động lực học và ứng suất, biến dạng chi tiết để tối ưu hóa thiết kế, giảm trọng lượng và đảm bảo độ bền cần thiết.

Để khắc phục các nhược điểm trên, cần có các bản vẽ 3D dễ hiểu, có thể trình diễn việc tháo lắp và mô phỏng chuyển động. Đồng thời, cần phân tích ứng suất, biến dạng của các chi tiết phục vụ cho việc chế tạo, chuyển giao công nghệ và hoàn thiện thêm thiết kế phục vụ sản xuất. Việc mô phỏng động lực học tay thủy lực là rất quan trọng.

Việc chuyển đổi từ bản vẽ 2D sang mô hình 3D bằng SolidWorks giúp tạo ra một hình ảnh trực quan và dễ hiểu về cấu trúc của tay thủy lực. Mô hình 3D cho phép dễ dàng kiểm tra các chi tiết, khớp nối và khả năng hoạt động của thiết bị trước khi tiến hành chế tạo thực tế.

CosmosMotion được sử dụng để mô phỏng chuyển động của tay thủy lực trong quá trình bốc dỡ gỗ. Mô phỏng này giúp kiểm tra tính khả thi của thiết kế, phát hiện các va chạm và tối ưu hóa quỹ đạo chuyển động. Ngoài ra, CosmosMotion còn cho phép mô phỏng quá trình tháo lắp, giúp công nhân dễ dàng nắm bắt quy trình và giảm thiểu sai sót.

Phân tích ứng suất và biến dạng của các chi tiết quan trọng như cẳng tay, cánh tay và trụ quay giúp đánh giá độ bền và khả năng chịu tải của tay thủy lực. Kết quả phân tích này được sử dụng để tối ưu hóa thiết kế, giảm trọng lượng và đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành. Phân tích ứng suất tay thủy lực là rất quan trọng.

Cẳng tay là một trong những chi tiết chịu tải trọng lớn nhất của tay thủy lực. Kết quả mô phỏng cho thấy ứng suất tập trung ở các vị trí khớp nối và các góc nhọn. Biến dạng lớn nhất thường xảy ra ở phần giữa của cẳng tay khi chịu tải trọng lớn nhất. Phân tích ứng suất tay thủy lực là rất quan trọng.

Cánh tay cũng chịu tải trọng đáng kể trong quá trình bốc dỡ gỗ. Ứng suất tập trung ở các vị trí gần xy lanh thủy lực và các mối hàn. Biến dạng lớn nhất thường xảy ra ở phần đầu của cánh tay khi nâng tải trọng lớn. Phân tích ứng suất tay thủy lực là rất quan trọng.

Trụ quay là bộ phận chịu trách nhiệm xoay tay thủy lực. Ứng suất tập trung ở các vị trí ổ bi và các mối hàn. Biến dạng lớn nhất thường xảy ra ở phần giữa của trụ quay khi chịu tải trọng xoắn lớn. Phân tích ứng suất tay thủy lực là rất quan trọng.

Các nghiên cứu thực nghiệm đã được tiến hành để đo đạc các thông số quan trọng của tay thủy lực trong quá trình làm việc. Các cảm biến được sử dụng để đo lực tác dụng lên đầu cần, biến dạng cẳng tay và trụ quay. Kết quả đo đạc này cung cấp dữ liệu thực tế để so sánh với kết quả mô phỏng.

So sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy sự tương đồng đáng kể giữa hai phương pháp. Các giá trị lực tác dụng, biến dạng cẳng tay và trụ quay có sự sai lệch không lớn, chứng tỏ tính chính xác của phương pháp mô phỏng. Điều này cho phép sử dụng mô phỏng để dự đoán và tối ưu hóa thiết kế tay thủy lực.

Dựa trên kết quả mô phỏng và so sánh với thực nghiệm, luận văn đề xuất một số giải pháp để hoàn thiện thiết kế tay thủy lực. Các giải pháp này bao gồm tối ưu hóa hình dạng các chi tiết, sử dụng vật liệu có độ bền cao hơn và cải thiện các mối hàn. Mục tiêu là giảm trọng lượng, tăng độ bền và nâng cao hiệu suất của thiết bị.

Nghiên cứu này có ý nghĩa khoa học trong việc ứng dụng các phương pháp mô phỏng và phân tích hiện đại vào thiết kế cơ khí. Ý nghĩa thực tiễn là cung cấp cơ sở để hoàn thiện thiết kế tay thủy lực, giảm trọng lượng, tăng độ bền và nâng cao hiệu quả sử dụng trong thực tế.

Hướng phát triển tiếp theo là nghiên cứu các hệ thống điều khiển tự động và ứng dụng trí tuệ nhân tạo để tối ưu hóa hoạt động của tay thủy lực. Các hệ thống này có thể tự động điều chỉnh lực nâng, tốc độ di chuyển và quỹ đạo chuyển động để đạt hiệu suất cao nhất và giảm thiểu rủi ro.

Ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) có thể giúp tay thủy lực tự động nhận diện và phân loại gỗ, điều chỉnh lực kẹp và tối ưu hóa quá trình bốc dỡ. AI cũng có thể được sử dụng để dự đoán và ngăn ngừa các sự cố, giảm thiểu thời gian dừng máy và chi phí bảo trì.