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. 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 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 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 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 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. 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). Trong quá trình nghiên cứu về dao động của máy kéo với TTL, tác giả Alecxangdrov V.