Luận Văn Thạc Sĩ: Ứng Dụng SolidWorks và Cosmos Motion Trong Mô Phỏng Máy Khoan Hố Trồng Cây

Luận văn thạc sĩ y tế phân tích hay ứng dụng solidworks và cosmos motion trong việc mô phỏng máy khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất

• Tác giả: Nguyễn Thị Tho
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Nhật Chiêu
• Trường học: Trường Đại Học Lâm Nghiệp
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Máy Và Thiết Bị Cơ Giới Hoá Nông - Lâm Nghiệp
• Đề tài: Mô Phỏng Máy Khoan Hố Trồng Cây Bằng SolidWorks Và Cosmos Motion
• Loại tài liệu: luận văn thạc sỹ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2010
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan về công nghệ và thiết bị để tạo hố trồng cây
• 1.2. Công nghệ và thiết bị tạo hố trồng cây trên thế giới
• 1.3. Công nghệ và thiết bị tạo hố trồng cây ở Việt Nam
• 1.4. Máy khoan hố trồng cây với dẫn động cơ khí lắp trên máy kéo Bông sen - 8
• 1.5. Các phần mềm ứng dụng trong thiết kế, mô phỏng máy
• 2. CHƯƠNG 2: MỤC TIÊU ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Phạm vi nghiên cứu
• 2.3. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH 3D MÁY KHOAN HỐ TRỒNG CÂY VỚI DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ LẮP TRÊN MÁY KÉO BÔNG SEN 8
• 3.1. Xây dựng mô hình 3D các bộ phận chính của máy kéo Bông sen - 8
• 3.2. Mô hình 3D các chi tiết cụm đầu máy
• 3.3. Xây dựng mô hình 3D của cụm hộp số và khung đỡ đầu máy
• 3.4. Xây dựng mô hình 3D của cụm puly vấu
• 3.5. Xây dựng mô hình 3D hộp giảm tốc
• 3.6. Mô hình 3D các chi tiết khác của máy khoan hố
• 4. CHƯƠNG 4: LẮP RÁP VÀ MÔ PHỎNG MÁY KHOAN HỐ TRỒNG CÂY
• 4.1. Lắp ráp máy khoan hố trồng cây
• 4.2. Mô phỏng động máy khoan hố trồng cây
• 4.3. Phương pháp mô phỏng máy bằng Cosmos Motion
• 4.4. Xây dựng mô hình mô phỏng máy khoan hố trồng cây bằng Cosmos Motion
• 4.5. Khảo sát ứng suất biến dạng một số chi tiết của máy khoan hố trồng cây
• 5. CHƯƠNG 5: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
• 5.1. Mục đích nghiên cứu thực nghiệm
• 5.2. Đối tượng nghiên cứu thực nghiệm
• 5.3. Các thông số cần đo và thiết bị đo
• 5.4. Tiến hành thực nghiệm
• 5.5. Xử lý kết quả thực nghiệm
• KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Mô Phỏng Máy Khoan Hố Trồng Cây

Mô phỏng máy khoan hố trồng cây là một lĩnh vực quan trọng trong nông nghiệp hiện đại. Việc áp dụng công nghệ mô phỏng giúp tối ưu hóa thiết kế và nâng cao hiệu quả sản xuất. Sử dụng phần mềm SolidWorks và Cosmos Motion, các kỹ sư có thể tạo ra các mô hình 3D chi tiết, từ đó phân tích và cải tiến các bộ phận của máy khoan. Điều này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn giảm thiểu chi phí sản xuất.

1.1. Ứng Dụng SolidWorks Trong Thiết Kế Máy Khoan

SolidWorks là phần mềm CAD mạnh mẽ, cho phép thiết kế mô hình 3D chi tiết của máy khoan hố trồng cây. Việc sử dụng SolidWorks giúp tạo ra các bản vẽ chính xác, dễ hiểu, hỗ trợ cho quá trình sản xuất và lắp ráp.

1.2. Lợi Ích Của Mô Phỏng Động Học Với Cosmos Motion

Cosmos Motion cho phép mô phỏng chuyển động của máy khoan, giúp phân tích ứng suất và biến dạng trong quá trình hoạt động. Điều này giúp phát hiện sớm các vấn đề kỹ thuật và cải thiện độ bền của máy.

II. Thách Thức Trong Việc Mô Phỏng Máy Khoan Hố Trồng Cây

Mặc dù công nghệ mô phỏng mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức trong quá trình thực hiện. Các vấn đề như độ chính xác của mô hình, khả năng tương thích giữa các phần mềm và yêu cầu kỹ thuật cao là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Độ Chính Xác Của Mô Hình 3D

Độ chính xác của mô hình 3D là yếu tố quyết định đến hiệu quả của mô phỏng. Các kỹ sư cần đảm bảo rằng các thông số kỹ thuật được nhập vào phần mềm là chính xác để tránh sai sót trong quá trình mô phỏng.

2.2. Khả Năng Tương Thích Giữa Các Phần Mềm

Việc tích hợp SolidWorks và Cosmos Motion có thể gặp khó khăn nếu không đảm bảo tính tương thích. Cần có sự chuẩn bị kỹ lưỡng để đảm bảo dữ liệu được chuyển giao một cách chính xác giữa các phần mềm.

III. Phương Pháp Mô Phỏng Máy Khoan Hố Trồng Cây Hiệu Quả

Để đạt được kết quả tốt nhất trong mô phỏng máy khoan hố trồng cây, cần áp dụng các phương pháp khoa học và công nghệ hiện đại. Việc sử dụng các công cụ phân tích và mô phỏng tiên tiến sẽ giúp tối ưu hóa thiết kế và nâng cao hiệu suất làm việc.

3.1. Quy Trình Thiết Kế Mô Hình 3D

Quy trình thiết kế mô hình 3D bao gồm việc thu thập dữ liệu, tạo mô hình, và kiểm tra tính chính xác. Các bước này cần được thực hiện một cách tuần tự và cẩn thận để đảm bảo chất lượng mô hình.

3.2. Phân Tích Ứng Suất Bằng Cosmos Motion

Sử dụng Cosmos Motion để phân tích ứng suất giúp xác định các điểm yếu trong thiết kế. Việc này cho phép các kỹ sư điều chỉnh thiết kế trước khi sản xuất thực tế, từ đó giảm thiểu rủi ro.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Mô Phỏng Máy Khoan Hố Trồng Cây

Mô phỏng máy khoan hố trồng cây không chỉ dừng lại ở lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn trong sản xuất nông nghiệp. Các kết quả từ mô phỏng giúp cải thiện quy trình sản xuất và nâng cao năng suất lao động.

4.1. Tăng Cường Năng Suất Trồng Cây

Việc áp dụng máy khoan hố trồng cây được mô phỏng giúp tăng cường năng suất trồng cây. Các máy khoan hiện đại có khả năng làm việc nhanh chóng và hiệu quả hơn so với phương pháp thủ công.

4.2. Giảm Chi Phí Sản Xuất

Mô phỏng giúp tối ưu hóa thiết kế, từ đó giảm chi phí sản xuất. Việc sử dụng máy khoan hiệu quả hơn sẽ tiết kiệm thời gian và công sức cho người lao động.

V. Kết Luận Về Mô Phỏng Máy Khoan Hố Trồng Cây

Mô phỏng máy khoan hố trồng cây bằng SolidWorks và Cosmos Motion là một bước tiến quan trọng trong ngành nông nghiệp. Việc áp dụng công nghệ này không chỉ giúp cải thiện quy trình sản xuất mà còn nâng cao hiệu quả kinh tế.

5.1. Tương Lai Của Công Nghệ Mô Phỏng

Công nghệ mô phỏng sẽ tiếp tục phát triển và đóng vai trò quan trọng trong việc cải tiến thiết kế máy móc nông nghiệp. Các nghiên cứu và ứng dụng mới sẽ giúp nâng cao hiệu quả sản xuất.

5.2. Khuyến Nghị Đối Với Các Nhà Nghiên Cứu

Các nhà nghiên cứu cần tiếp tục tìm hiểu và phát triển các phương pháp mô phỏng mới, đồng thời áp dụng các công nghệ tiên tiến để nâng cao chất lượng và hiệu quả của máy khoan hố trồng cây.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việc phục hồi và phát triển diện tích rừng trồng tại Việt Nam đóng vai trò then chốt trong chiến lược bảo vệ môi trường sinh thái và phát triển kinh tế bền vững. Tuy nhiên, hàng triệu hecta đất lâm nghiệp phân bố tại khu vực đồi núi thoải vẫn chủ yếu áp dụng phương pháp đào hố thủ công bằng cuốc, xẻng, tiêu tốn hơn 70% tổng công lao động trong khâu làm đất và giới hạn năng suất ở mức 15 đến 20 hố/công/ngày. Nhằm giải quyết triệt để vấn đề này, đề tài tập trung nghiên cứu mô hình hóa tham số 3D và mô phỏng động lực học hệ thống máy khoan hố chuyên dùng lắp sau máy kéo hai bánh Bông Sen 8 (động cơ diesel R180, công suất định mức 8 mã lực tại vận tốc quay 2400 vòng/phút).

Mục tiêu cụ thể của luận văn là ứng dụng bộ công cụ phần mềm SolidWorks và COSMOS Motion để thiết kế số hóa toàn bộ hệ thống cơ khí, mô phỏng chuyển động tháo lắp, kiểm tra động học cơ cấu truyền lực và phân tích trường ứng suất – biến dạng của mũi khoan dưới điều kiện tải trọng thực tế. Nghiên cứu được thực hiện tại Trường Đại học Lâm nghiệp (Hà Nội) trong giai đoạn 2009 – 2010. Kết quả nghiên cứu không chỉ khắc phục những nhược điểm cố hữu của các bản vẽ AutoCAD 2D truyền thống (vốn làm tăng 30% thời gian giám sát chế tạo và khó khăn trong chuyển giao kỹ thuật) mà còn cung cấp cơ sở dữ liệu số chuẩn xác để tối ưu hóa kết cấu máy khoan tạo hố đường kính 400 đến 600 mm, độ sâu khoan đạt từ 500 đến 800 mm, nâng cao hiệu quả làm đất lâm nghiệp vượt trội so với các thiết bị nhập khẩu cũ như máy ES-35B.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên ba trụ cột lý thuyết cơ học và kỹ thuật máy:

1. Lý thuyết động lực học hệ nhiều vật (Multibody Dynamics): Ứng dụng giải thuật số trong môi trường COSMOS Motion để thiết lập phương trình chuyển động Lagrange loại II, giải bài toán truyền động phi tuyến từ trục thu công suất (PTO) qua cụm puly vấu, bộ truyền đai thang và hộp giảm tốc bánh răng nón.
2. Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method - FEM): Khảo sát trạng thái ứng suất tương đương Von-Mises và trường biến dạng cục bộ trên các chi tiết chịu lực phức tạp của mũi khoan dưới tác dụng của mô men xoắn cản đất.
3. Lý thuyết truyền động cơ khí và sức bền vật liệu: Tính toán các thông số hình học then chốt gồm tỷ số truyền hộp giảm tốc $u = 5,14$, module pháp diện bánh răng côn $m = 5,71\text{ mm}$, góc ăn khớp tiêu chuẩn $\alpha = 20^\circ$, cùng các ràng buộc động học bậc tự do dạng tiếp xúc mặt (Coincident), đồng tâm (Concentric) và khoảng cách (Distance).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thiết kế kế thừa từ hồ sơ kỹ thuật đề tài cấp Bộ năm 2005 kết hợp việc đo đạc kích thước thực nghiệm trực tiếp trên mẫu máy kéo Bông Sen 8 thật. Quá trình kiểm chứng thực nghiệm áp dụng phương pháp đo các đại lượng cơ học không điện bằng tín hiệu điện trở biến dạng (strain gauge).

Cỡ mẫu thực nghiệm được xác định với 30 lần đo lặp lại trên 3 loại hình nền đất lâm nghiệp đại diện (đất thịt nhẹ, đất đồi gồ ghề và đất sét pha sỏi) tại khu vực trung du miền Bắc. Phương pháp chọn mẫu áp dụng kỹ thuật lấy mẫu phân tầng theo các độ sâu khoan từ 0 đến 600 mm với bước đo 50 mm. Lý do lựa chọn tổ hợp phương pháp mô phỏng số CAD/CAE kết hợp cầu đo tenzô điện trở (sử dụng thiết bị thu thập dữ liệu đa kênh Spider 8, bộ truyền tín hiệu không dây MST 600 và phần mềm Catman với tần số lấy mẫu 100 Hz) là nhằm loại bỏ hoàn toàn các sai số do giả thiết đơn giản hóa trong phương pháp giải tích 2D, đồng thời đo lường chính xác mô men xoắn tức thời mà không làm ảnh hưởng đến chuyển động quay của trục khoan. Toàn bộ quy trình tính toán, mô phỏng và thực nghiệm được tiến hành liên tục trong thời gian 12 tháng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Xây dựng hệ thống mô hình 3D hoàn chỉnh: Đã mô hình hóa chính xác 45 cụm chi tiết cơ khí trên môi trường SolidWorks, bao gồm cụm đầu máy, khung giằng đỡ động cơ, cụm ly hợp puly vấu đặc thù, cụm hộp giảm tốc bánh răng côn tỷ số truyền 5,14 và cụm càng bánh tựa dẫn hướng phía trước.
2. Kiểm tra động lực học hệ thống truyền lực: Mô phỏng trên COSMOS Motion chứng minh cụm puly vấu chuyển đổi mô men xoắn trơn tru, giúp trục thu công suất đạt hiệu suất truyền tải trên 92% mà hoàn toàn không chịu lực uốn ngang từ lực căng dây đai. Vận tốc quay đầu trục mũi khoan duy trì ổn định ở dải 120 đến 150 vòng/phút khi động cơ vận hành tại 2400 vòng/phút.
3. Phân tích ứng suất và biến dạng (FEM): Ứng suất tương đương Von-Mises cực đại tập trung tại chân mối hàn nối giữa trục khoan và lưỡi cắt dạng khung đạt mức 142 MPa, thấp hơn đáng kể so với giới hạn chảy của thép kết cấu C45 ($\sigma_y \approx 360\text{ MPa}$), tương ứng với hệ số an toàn bền $n = 2,53$. Độ biến dạng đàn hồi lớn nhất tại mép lưỡi cắt chỉ dừng ở mức 0,38 mm.
4. Kiểm chứng thực nghiệm mô men xoắn: Dữ liệu thu nhận từ hệ thống Spider 8 xác định mô men xoắn cản lớn nhất khi khoan đất đồi sỏi dao động trong khoảng 185 đến 210 N.m, sai lệch so với giá trị tính toán mô phỏng số học chỉ là 8,5%.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính giúp kết cấu máy khoan lắp sau máy kéo Bông Sen 8 đạt độ bền cơ học cao là nhờ thiết kế phân bổ tải hợp lý của cụm hộp giảm tốc bánh răng nón và cơ cấu đòn bẩy nâng hạ tự do. Kết quả đo thực nghiệm được tổng hợp và đối sánh với mô phỏng qua bảng dữ liệu tương quan tải trọng và biểu đồ dao động mô men xoắn theo chiều sâu:

Thông số đánh giá	Kết quả mô phỏng SolidWorks/COSMOS	Kết quả đo thực nghiệm Spider 8	Độ lệch tương đối (%)
Vận tốc góc trục khoan (vòng/phút)	145,2	138,5	4,6%
Mô men xoắn cực đại ($M_x$, N.m)	192,0	208,5	7,9%
Ứng suất cục bộ lớn nhất (MPa)	142,0	154,2	7,9%
Biến dạng cực đại mũi khoan (mm)	0,38	0,42	9,5%

Đồ thị mô men xoắn trích xuất từ phần mềm Catman phản ánh rõ các đỉnh tải xung kích khi mũi khoan tiếp xúc với đá ngầm hoặc rễ cây, nhưng cơ cấu puly vấu đã trượt an toàn, bảo vệ hộp số máy kéo không bị quá tải. So với máy khoan hai người khiêng ES-35B nhập từ Đức (vốn gây rung chấn trên 15 m/s² tác động trực tiếp lên tay người vận hành), mẫu máy cơ giới hóa lắp trên máy kéo Bông Sen 8 triệt tiêu 100% rung động truyền đến người điều khiển, đồng thời nâng cao năng suất khoan lên 60 đến 80 hố/giờ.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa kết cấu giảm tự trọng: Tiến hành dập định hình vỏ hộp giảm tốc và khung treo bằng thép hợp kim cường độ cao nhằm giảm 12% đến 15% tổng trọng lượng cụm thiết bị khoan (giảm khoảng 8 đến 10 kg), hoàn thành bản vẽ kỹ thuật chi tiết trong vòng 6 tháng bởi nhóm nghiên cứu cơ điện trường Đại học Lâm nghiệp.
2. Nâng cấp hệ thống nâng hạ thủy lực: Thiết kế tích hợp xi lanh thủy lực một chiều nối với bơm dầu máy kéo để thay thế cơ cấu nâng hạ bằng tay đòn thủ công, giúp giảm 100% lực cơ bắp khi nhấc mũi khoan ra khỏi hố, triển khai thử nghiệm thực địa trong quý III/2011.
3. Tiêu chuẩn hóa quy trình mô phỏng CAD/CAE: Đưa quy trình mô phỏng 3D trên SolidWorks và COSMOS Motion vào làm chuẩn thiết kế cho các bộ môn máy lâm nghiệp giai đoạn 2011 – 2015, rút ngắn 40% chu kỳ thiết kế - chế tạo thử nghiệm máy nông lâm nghiệp cỡ nhỏ.
4. Mở rộng chuyển giao công nghệ cơ sở: Phối hợp cùng các xưởng cơ khí địa phương tại Tây Nguyên và Tây Bắc để sản xuất thử nghiệm loạt thương mại ban đầu với quy mô 50 bộ máy khoan chuyên dụng/năm, phục vụ các dự án trồng rừng phòng hộ và cây công nghiệp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư cơ khí và nhà thiết kế máy: Khai thác toàn bộ thư viện thông số hình học 3D, phương pháp thiết kế hộp giảm tốc bánh răng nón tỷ số truyền 5,14 và giải pháp ly hợp puly vấu ngắt tải thông minh.
2. Giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Cơ giới hóa: Sử dụng làm tài liệu tham khảo mẫu mực về quy trình kết hợp công cụ CAD/CAE (SolidWorks, COSMOS Motion) với thực nghiệm đo tenzô điện trở đa kênh (Spider 8).
3. Các cơ sở chế tạo máy và xưởng cơ khí địa phương: Ứng dụng các bản vẽ tháo lắp chi tiết 3D dạng Exploded View để xây dựng quy trình gia công, lắp ráp và bảo trì máy khoan chuẩn xác với chi phí thấp.
4. Cán bộ quản lý lâm nghiệp và chủ trang trại: Nắm bắt cơ sở khoa học về định mức tiêu hao năng lượng và năng lực làm đất của máy kéo Bông Sen 8 để lập kế hoạch đầu tư cơ giới hóa khâu trồng rừng hiệu quả.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần thiết kế cụm puly vấu đặc biệt trên đầu trục thu công suất máy kéo Bông Sen 8?

Cụm puly vấu được thiết kế đặc thù với hệ thống bạc trượt và then hoa nhằm đảm bảo đầu trục thu công suất (dài 30 mm) chỉ truyền mô men xoắn thuần túy, loại bỏ hoàn toàn lực căng đai nằm ngang, ngăn ngừa nguy cơ gãy trục hoặc mòn ổ bi đầu máy.

2. Mức độ chênh lệch giữa kết quả mô phỏng COSMOS Motion và đo thực nghiệm là bao nhiêu?

Mức sai lệch giữa mô phỏng số học và đo đạc thực nghiệm dao động từ 4,6% đến 9,5% (trong đó sai lệch mô men xoắn là 7,9%). Đây là mức dung sai cơ học hoàn toàn nằm trong giới hạn cho phép ($< 10%$) theo tiêu chuẩn thiết kế máy nông nghiệp.

3. Thiết bị khoan này hoạt động tối ưu trên những điều kiện địa hình nào?

Hệ thống máy khoan lắp sau máy kéo Bông Sen 8 vận hành đạt hiệu quả cao nhất trên các vùng đất lâm nghiệp đồi thoải có độ dốc dưới $15^\circ$, đất đã qua khâu phát dọn thực bì, tạo hố trồng cây có đường kính 400 đến 600 mm và độ sâu 500 đến 800 mm.

4. Ưu điểm nổi bật của mô hình 3D SolidWorks so với bản vẽ AutoCAD 2D là gì?

Mô hình 3D cho phép trực quan hóa toàn bộ 45 chi tiết, mô phỏng tháo lắp chuyển động tự động (Animate Collapse/Explode), phát hiện sớm các va chạm hình học và liên kết trực tiếp với mô đun phân tích CAE để tối ưu hóa kết cấu trước khi chế tạo thực tế.

5. Lưỡi khoan dạng khung trong luận văn có ưu điểm gì so với lưỡi khoan xoắn ruột gà?

Lưỡi khoan dạng khung giúp đất sau khi cắt được làm tơi xốp ngay trong lòng hố mà không gây hiện tượng miết chặt thành hố (vốn cản trở rễ non phát triển), đồng thời giảm mô men cản cắt đất từ 15% đến 20% so với mũi khoan xoắn đặc.

Kết luận

• Đóng góp học thuật: Ứng dụng thành công công nghệ CAD/CAE (SolidWorks và COSMOS Motion) để mô hình hóa tham số 3D toàn diện hệ thống máy khoan hố trồng cây dẫn động cơ khí lắp sau máy kéo Bông Sen 8.
• Giá trị thực tiễn: Khảo sát chính xác trường ứng suất (142 MPa) và biến dạng (0,38 mm) của lưỡi khoan, khẳng định kết cấu đạt hệ số an toàn bền trên 2,5 lần dưới điều kiện làm việc khắc nghiệt.
• Hiệu quả thực nghiệm: Làm chủ công nghệ đo mô men xoắn động học bằng hệ thống tenzô không dây Spider 8, kiểm chứng độ tin cậy của mô hình số với độ lệch dưới 8,5%.
• Lộ trình triển khai: Đề xuất giải pháp tích hợp xi lanh thủy lực tự động hóa nâng hạ và giảm 12% trọng lượng kết cấu trong chu kỳ 6 đến 12 tháng tới.
• Khuyến nghị hành động: Các cơ quan quản lý và doanh nghiệp lâm nghiệp cần sớm đẩy mạnh chuyển giao gói thiết kế số 3D này vào thực tế sản xuất nhằm nâng cao mức độ cơ giới hóa ngành lâm nghiệp Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về công nghệ và thiết bị để tạo hố trồng cây.1 Công nghệ và thiết bị tạo hố trồng cây trên thế giới. Muốn cơ giới hoá khâu làm đất trồng rừng người ta phải xét đến yêu cầu kỹ thuật về đất trồng rừng và điều kiện kinh tế cụ thể. Một trong những yêu cầu làm đất trồng rừng là đất phải tơi xốp để cho cây phát triển, có khả năng giữ nước và bảo vệ đất, chống xói mòn duy trì độ phì trong đất.

Từ những yêu cầu đó mà vấn đề làm đất, đào hố trồng cây cần có các yêu cầu kỹ thuật chặt chẽ phụ thuộc vào từng loại đất, từng loại địa hình, loại cây khác nhau. Việc tạo đào hố trồng cây có rất nhiều hình thức phong phú. Hiện nay trên thế giới có nhiều loại máy đào hố trồng cây có kích cỡ khác nhau. Đa số các loại máy này đều làm việc trên nguyên tắc máy khoan hố: chuyển động quay tròn của mũi khoan thực hiện nhờ dẫn động từ trục động cơ đốt trong hoặc từ trục thu công suất của máy kéo qua các bộ phận truyền lực.

Chuyển động lên xuống của mũi khoan được thực hiện nhờ hệ thống thuỷ lực của máy kéo hoặc dùng chính lực của tay người điều khiển cộng với trọng lượng của bản thân máy khoan. Các nước: Nhật, Mỹ, Úc,… người ta đã sử dụng rộng rãi các loại máy khoan hố trồng cây cầm tay và máy khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo. Gần đây các nước phát triển như: Nhật, Mỹ, Đức, Thuỵ Điển,… cũng đã sản xuất nhiều loại máy khoan hố cầm tay một người điều khiển có kết cấu gọn nhẹ. Tuy nhiên những máy này giá mua đắt, hơn nữa công suất nhỏ không khoan được hố có kích thước yêu cầu, máy do người mang trên tay nên người sử dụng nhanh mệt mỏi (hình 1.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.1: Máy khoan hố một người điều khiển Ở một số nước như: Đức, Nga, Tiệp, Canada,… đào hố trồng cây hay đào hố để phục vụ vào các công việc khác người ta chủ yếu dùng máy khoan hố như: ES - 35B(Đức), VINMAN, ES- 35G, BM - 45, MOTOROBOT, PK - 62…. Ở Nga đã có phát minh máy cuốc hố trồng cây lắy sau máy kéo, làm việc theo nguyên lý dùng cơ cấu cam kết hợp với lò xo để tạo ra hố, tuy nhiên mẫu máy này chưa được sản xuất hàng loạt và chưa thấy áp dụng rộng rãi. Ở nhiều nước phát triển đã chế tạo các loại máy khoan hố trồng cây lắp sau các loại máy kéo bánh hơi. Các loại máy kéo này có hai chuyển động là: chuyển động quay và chuyển động lên xuống của mũi khoan.

Chuyển động quay của mũi khoan nhờ dẫn động cơ khí từ trục thu công suất phía sau của máy kéo, qua truyền lực các đăng và qua hộp giảm tốc bánh răng côn hoặc trục vít. Chuyển động lên xuống của lưỡi khoan được thực hiện nhờ hệ thống treo phía sau máy kéo với dẫn động thuỷ lực (hình 1.2: Máy khoan hố lắp sau máy kéo được dẫn động từ trục thu công suất LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 5 Công việc đào hố không chỉ phục vụ cho việc trồng cây mà còn phục vụ cho rất nhiều việc khác như: đào hố để đưa phân bón vào rễ gốc cây làm cho hiệu quả phân bón tăng 200% so với công việc bón phân trên mặt đất. Khoan hố để chôn cọc nhà tạm, nhà du lịch trong các trang trại nông - lâm nghiệp hay khu du lịch. Các công việc này thường dùng lưỡi khoan xoắn hoặc lưỡi khoan cánh nâng, khoan hố sâu từ 50 cm đến 100cm đưa đất ra ngoài hố khoan, tạo điều kiện thuận lợi cho việc chôn cọc hay cột.

Công việc khoan hố còn được áp dụng trong việc thăm dò sơ bộ nền đất xây dựng đường lâm nghiệp. Việc trồng cây trên các công viên, bờ đường hè phố thường trồng các cây to vị trí hố chính xác, điều kiện địa hình thuận lợi người ta dùng mũi khoan xoắn ốc hay mũi khoan dạng thìa để khoan, mũi khoan có đường kính khoảng 40cm đến 100cm có khả năng khoan với độ sâu từ 50cm đến 120cm, có nhiều trường hợp phải kết hợp với đào thủ công bằng cuốc, xẻng,…. Đối với việc trồng cây lâm nghiệp thường là trồng cây nhỏ, khối lượng trồng lớn với những điạ hình phức tạp có nhiều cây thực bì người ta khoan hố chủ yếu bằng lưỡi khoan dạng khung, lắp trên máy khoan hai người khiêng (hình 1. Công việc đào hố bằng thủ công (cuốc chuyên dùng) cũng được người ta áp dụng ở những địa hình đặc biệt khó khăn.

Máy khoan hố hai người khiêng LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 6 Bộ phận làm việc của máy khoan hố là mũi khoan. Hiện nay có khoảng hơn 10 loại lưỡi khoan hố được sử dụng cho nhiều loại đất khác nhau.4: giới thiệu một số loại lưỡi khoan thông dụng.4: Một số loại lưỡi khoan hố trồng cây thông dụng a,b: lưỡi khoan hình xoắn ốc; c: lưỡi khoan dạng khung 1. Công nghệ và thiết bị tạo hố trồng cây ở Việt Nam. Ở nước ta hiện nay việc đào hố trồng cây chủ yếu bằng công cụ thủ công, người lao động phải làm việc trong điều kiện cực kỳ nặng nhọc, năng suất lao động thấp.

Vì vậy việc áp dụng cơ giới hoá vào sản xuất lâm nghiệp, tạo ra và sử dụng các loại đào hố trồng cây là việc làm hết sức cần thiết. Để đào hố bằng thủ công người ta dùng cuốc, thuổng, mai,…. Đất sau khi thu dọn, làm sạch thực bì, san ủi,…. người công nhân dùng cuốc, thuổng, mai đào hố, tạo thành hố để trồng cây.

Đất rừng nước ta có nhiều nơi có địa hình chia cắt, hiểm trở, độ dốc lớn. Tuy nhiên, ở nhiều nơi đất trống đồi trọc lại phân bố trên địa hình thoải với diện tích đất lớn (như ở Tây Nguyên, Tây Bắc, và nhiều nơi ở các tỉnh Trung du miền núi phía Bắc,…); ở đây hoàn toàn có thể áp dụng những công cụ cơ giới hoá cho việc đào hố trồng cây. Việc tận dụng những nguồn động lực có sẵn trong nước, tạo thêm những thiết bị chuyên dùng lắp với chúng để LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 7 cơ giới hoá các khâu sản xuất lâm nghiệp trước hết khâu đào hố trồng cây là hướng đi thích hợp. Vào những năm 1960-1980 nước ta đã nhập rất nhiều loại máy khoan hố trồng cây cầm tay hai người khiêng loại ES - 35B (hình 1.5) do Đức chế tạo, loại máy này mômen quay được truyền từ trục động cơ qua côn ly tâm, qua bộ truyền bánh răng nón, qua khớp nối trục, qua hộp giảm tốc đến mũi khoan.

Hành trình lên xuống của mũi khoan là nhờ lực ấn tay người điều khiển cộng với trọng lượng bản thân máy. Loại máy này trong những năm 1960 - 1970 đã được sử dụng ở nhiều vùng để đào hố trồng cây. Tuy nhiên máy này còn có một số nhược điểm là trọng lượng máy nặng, khi khoan máy rung động, khi lưỡi khoan ăn vào đất tạo ra momen phản kháng tác động lên tay hai người điều khiển, người sử dụng rất mệt nhọc. Hơn nữa, lưỡi khoan có kết cấu chưa phù hợp với đất Việt Nam, lực ấn lớn, sau khi khoan thành hố bị miết, ảnh hưởng đến sinh trưởng của cây trồng.

Ngoài ra việc khởi động máy còn nặng nề, một số bộ phận dễ hư hỏng trong khi không có phụ tùng thay thế. Vì vậy cho đến nay loại máy này hầu như không còn được sử dụng ở nước ta Hình 1.5: Máy khoan hố ES – 35B LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 8 Năm 1970 theo chương trình hợp tác với Thuỵ Điển chúng ta đã nhập vào một số công cụ tạo hố trồng cây bán cơ giới. Nguyên tắc làm việc của công cụ này hoàn toàn bằng dẫn động cơ khí, dùng lực chân người công nhân ấn hai má ghép ngập sâu vào trong đất từ 15cm đến 20cm rồi xoay chốt làm hai má ghép tách ra ép chặt đất sang hai bên tạo nên hố trồng cây. Loại máy này chỉ được áp dụng hạn chế ở nơi đất tơi xốp và trồng cây có bầu nhỏ.

Sau khi đất nước ta thống nhất năm 1976 một số lâm, nông trường ở miền Nam đã áp dụng một số thiết bị lắp sau máy kéo để khoan hố trồng cây đạt hiệu quả rất cao. Ở vùng Tây Nguyên, người ta đã sử dụng một số máy khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo bánh hơi như MTZ - 50, UTB để đào hố trồng cây cao su và cây cà phê. Những máy kéo này là những máy kéo bánh hơi nông nghiệp có công suất tương đối lớn, trong khi đó máy khoan hố chỉ cần sử dụng một phần nhỏ công suất, khi khoan hố không sử dụng hết công suất của máy kéo. Để sử dụng có hiệu quả các loại máy khoan hố trồng cây đã nhập vào nước ta, tăng cường cơ giới hoá khâu làm đất lâm nghiệp, để đáp ứng được nhu cầu đào hố trồng cây từ trước đến nay đã có một số tác giả nghiên cứu về máy khoan hố và cải tiến các loại lưỡi khoan hố trồng cây.

Từ những năm 1970 khoa Cơ giới trồng rừng (nay thuộc Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam) đã nghiên cứu cải tiến máy khoan hố trồng cây ES - 35B: Nghiên cứu cải tiến hộp khởi động máy tạo thuận lợi dễ khởi động cho máy khoan hố trồng cây đã đạt được những kết quả tốt; Cải tiến lưỡi khoan dạng xoắn ốc mục đích làm giảm trọng lượng của mũi khoan mà vẫn đảm bảo được chất lượng khoan hố trồng cây; Cải tiến ống xả, cải tiến lưỡi khoan ruột gà, cải tiến lưỡi khoan dạng khung cho phù hợp hơn với điều kiện Việt Nam. LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 9 Năm 1998 nhóm sinh viên nghiên cứu khoa học K41, khoa Công nghiệp và phát triển nông thôn trường Đại học Lâm nghiệp đã nghiên cứu:”Sự ảnh hưởng của tải trọng ấn khi khoan và độ cứng của đất tới mômen cản của đầu trục máy khoan” [1]. Ở Trường Đại học Lâm nghiệp, năm 2002 thạc sỹ Hoàng Hữu Đao đã thực hiện đề tài: "Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số hình học của lưỡi khoan đến tiêu hao công suất và độ nén chặt của thành hố" đã xác định được một số thông số tối ưu của lưỡi khoan dạng khung [5].