Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tình hình nghiên cứu tời vận xuất gỗ ở trên thế giới Tời là thiết bị vận xuất gỗ được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước. Trong khai thác lâm sản tời được sử dụng độc lập để bốc gỗ, xếp đống gỗ, kéo gỗ từ xa hoặc là bộ phận chính của đường cáp vận xuất, thiết bị công nghệ của máy kéo chuyên dùng vận xuất gỗ. Ở những nước có nền công nghiệp rừng tiên tiến như Mỹ, Canada, Áo, Thụy Sỹ, Na Uy, Nga,….
Việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo, sử dụng và hoàn thiện tời được quan tâm ngay từ thập kỷ 20 của thế kỷ trước. Làm thế nào để tăng năng suất lao động và giảm giá thành vận xuất là vấn đề nghiên cứu được quan tâm hàng đầu. Ở các nước như Mỹ, Canada vận xuất gỗ bằng tời được sử dụng rộng rãi ở các vùng núi cao, xuất hiện còn sớm hơn vận xuất gỗ bằng máy kéo [13]. Ở các nước này cũng giống như các nước Tây Âu và Bắc Âu vận xuất gỗ bằng tời được gọi chung là hệ thống đường cáp khai thác gỗ (Cable logging Systems) cho nên việc nghiên cứu hoàn thiện tời song hành với nghiên cứu hoàn thiện đường cáp vận xuất.
Các hướng nghiên cứu chính ở các mục tiêu được tiến hành: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo, sử dụng tời tự hành lắp trên máy kéo bánh bơm hoặc máy kéo bánh xích thay cho việc sử dụng tời cố định. Các hãng sản xuất tời cáp hàng đầu của Mỹ như Skedfet Berger, Timberland, Veirhozer đã cho ra đời các loại các loại tời cáp tự hành Wowniton 108 với tời 3 trống công suất 320 mã lực, dây cáp được nối thành vòng kín, cột tời cao 15m lắp trên máy kéo bánh bơm hoặc máy kéo bánh xích. Các loại tời cáp tự hành của hãng Ckedjet như GT5C, GT5D, GT4 được sử dụng hiệu quả khi vận xuất ở cự ly 200-300m, diện tích của mỗi lô khai thác 15-16ha, một ca làm việc kéo 4 được trung bình 350 cây gỗ. Việc sử dụng tời tự hành làm giảm công di chuyển, lắp đặt tời dẫn đến giảm giá thành vận xuất.
Nghiên cứu thay thế việc buộc gỗ bằng cơ cấu ngàm kẹp thay cho buộc gỗ bằng dây cáp. Kết quả nghiên cứu của Viện FERIC (Mỹ) cho thấy rằng khi sử dụng tời cáp tự hành Medill 044 và American 7250 trang bị cơ cấu ngàm kẹp gỗ trong khu khai thác gỗ của Công ty Maxmilan Broedel cho năng suất 210m3/h ở cự ly vận xuất 113m, thể tích trung bình của khúc gỗ 0,3 - 0,5 m3, thời gian cho một chuyến kéo 0,95- 1,34 phút. Việc sử dụng ngàm kẹp gỗ đã cho năng suất tăng 2 lần và góp phần cải thiện điều kiện làm việc của công nhân vận xuất. Song song việc sử dụng ngàm kẹp gỗ thì nghiên cứu điều khiển từ xa bằng vô tuyến được nghiên cứu sử dụng.
Các hãng sản xuất “Jonson ind LTD (Canada) áp dụng điều khiển khâu buộc gỗ bằng sóng vô tuyến trên diện tích khu khai thác nhờ hệ thống MK11 đã tăng năng suất lên 2 lần (58 khúc gỗ/giờ so với tính toán 30-38 khúc gỗ/giờ). Ở các nước Châu Âu như Na Uy, Thuỵ Sỹ, Áo, Pháp, Thụy Điển, do điều kiện tự nhiên và điều kiện rừng khác hẳn với Mỹ và Canada, hệ thống tời cáp chỉ sử dụng ở những nơi mà máy kéo không sử dụng được. Phương thức khai thác chủ yếu được áp dụng ở những nước này là chặt chọn hoặc chặt tỉa thưa, sản lượng gỗ trên 1ha thấp, gỗ có kích thước nhỏ cho nên tời tự hành có công suất nhỏ được nghiên cứu, sử dụng. Một số hãng sản xuất nổi tiếng như Igland A/C (NaUy) đã sản xuất các loại tời một trống Primett 4000LH có lực kéo 45kN và tời 2 trống 8002F có lực kéo 80kN có thể lắp trên các loại máy kéo nông nghiệp, sản phẩm đã được xuất khẩu sang 25 nước trên thế giới.
5 Hãng sản xuất Kyfer (Pháp) sản xuất tời tự hành MF 10, MF 15, MF25 lắp trên máy kéo bánh lốp 3 hoặc 4 bánh công suất từ 16 HP đến 31 HP, lực kéo 3700 N, vận tốc cuốn của dây cáp 0,2 – 2,1 m/s [13]. Các kiểu tời tự hành của hãng Sespon, Koska (Thụy Điển) Kracer (Áo), Opvallden (Thụy Sỹ) với lực kéo 3000 kg, vận tốc cuốn cáp 0,3 – 2,5 m/s là những mẫu tời 2 trống tự hành điển hình của các nước Châu Âu. Ở liên bang Nga, tời vận xuất gỗ được áp dụng từ thế kỷ 19 do các kỹ sư người Nga N.Vasiliev (1890) thiết kế và chế tạo. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh và sử dụng tời được các trung tâm nghiên cứu lớn như: Viện nghiên cứu cơ giới hoá và năng lượng (XNiiMe), Viện nghiên cứu lâm nghiệp Xibiri (XibNiiLP), Viện nghiên cứu lâm nghiệp Irơcut tiến hành trong nhiều năm qua.
Để vận xuất gỗ ở điều kiện địa hình bằng phẳng với cự li vận xuất dưới 500m, Viện nghiên cứu cơ giới hoá năng lượng đã thiết kế và chế tạo các mẫu tời TL. Kết quả nghiên cứu sử dụng các loại tời trên cho thấy rằng ngoài những ưu việt nổi bật như ít phá hoại cây con, phá hoại đất, còn có những ưu điểm như giảm công sửa chữa 2 ÷ 3 lần, chi phí nhiên liệu giảm 50 ÷ 60%, giá thành ca máy giảm 1,5 lần so với sử dụng máy kéo để vận xuất ở điều kiện thể tích trung bình của gỗ khai thác 0,2m3, sản lượng 150m3/ha, cự li vận xuất 500 ÷ 550m. Các loại tời cố định LL12A, LL-8 được nghiên cứu hoàn thiện thay thế các mẫu tời trên, lực kéo tăng 20 ÷ 30 %, vận tốc cuốn cáp tăng 25 ÷ 40 %, việc trang bị thêm hộp số cho phép đổi chiều quay của trống tời đã giúp mở rộng phạm vi sử dụng tời. Từ thập kỷ 80, việc nghiên cứu chế tạo các loại tời di động thay thế cho các loại tời cố định được nghiên cứu rộng rãi.
Các mẫu tời tự hành loại nhỏ do chi nhánh KavKazơ của Viện nghiên cứu cơ giới hoá năng lượng Nga nghiên 6 cứu, chế tạo tời có dung tích chứa cáp của trống tời 1000m, lực kéo 2100kg, vận tốc cuốn cáp 0,3 – 4,3m/s, tời này lắp trên máy kéo T40A. Các mẫu tời tự hành LC.2, LL-20 do chi nhánh Irơcut của Viện Xniime nghiên cứu chế tạo được lắp trên máy kéo TDT-55, TT4. Việc nghiên cứu áp dụng hệ thống điều khiển từ xa cho tời di động được quan tâm nghiên cứu. Mẫu tời LL-14 được chế tạo khảo nghiệm ở Viện lâm nghiệp Goriatre – Klutrevxki cho thấy việc sử dụng điều khiển từ xa giảm giá thành vận xuất 15%.
Ở Trung Quốc các loại tời 2 trống, 3 trống được sử dụng phổ biến để vận xuất gỗ ở vùng núi như JS – 0,4, JS208, JS2.2-1,5, JZ2 - 3 có lực kéo từ 4-30KN, vận tốc cuốn cáp 0,2 – 6m/s, cự li kéo từ 80 – 1000m. Tình hình nghiên cứu ở trong nước Có hai trung tâm lớn nghiên cứu về khai thác gỗ ở Việt Nam là Trường Đại học Lâm nghiệp và Viện khoa học Lâm nghiệp Việt Nam. Từ những năm 60 đến 90 của thế kỷ trước, đối tượng khai thác chính là rừng tự nhiên, các nghiên cứu tập trung vào một số hướng chủ yếu sau: - Khảo nghiệm các thiết bị nhập nội phục vụ một số khâu sản xuất. - Thiết kế cải tiến các thiết bị nhập nội cho phù hợp với điều kiện khai thác rừng ở Việt Nam.
Có thể kể đến một số nghiên cứu điển hình sau: - Khảo nghiệm một số cưa xăng trong dây chuyền khai thác gỗ ở Tây Nguyên do Viện Công nghiệp rừng thực hiện. “Sử dụng máy kéo TT.4 để vận xuất” của Nguyễn Trọng Hùng thực hiện năm 1982; “Sử dụng máy kéo để vận chuyển gỗ” của Nguyễn Văn Lợi thực hiện năm 1982; 7 ‘’ Nghiên cứu, chế tạo một số thiết bị cơ giới hoá khai thác gỗ’’ của Nguyễn Kính Thảo; “Thiết kế máy kéo khung gập vận xuất gỗ L-35”; Thiết kế đường cáp Visen vận xuất gỗ” của Lê Duy Hiền; Viện khoa học Lâm nghiệp đã thiết kế, chế tạo rơ moóc chở gỗ dài, đường cáp vận xuất gỗ 1A… Từ những năm 90 của thế kỷ trước đến nay, do đóng cửa rừng tự nhiên nên các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào công nghệ và thiết bị khai thác rừng trồng. Có thể liệt kê ra đây một vài công trình tiêu biểu: Trịnh Hữu Lập: “Hoàn chỉnh quy trình công nghệ vận xuất gỗ, vận chuyển gỗ rừng trồng”; “Thiết kế lắp đặt đường cáp kéo căng thả chùng vận xuất gỗ”. Đề tài cấp Nhà nước KN-03-04 “Thử nghiệm hoàn thiện và áp dụng công nghệ khai thác, chế biến và bảo quản gỗ nhỏ” do TS.
Nguyễn Kính Thảo làm chủ nhiệm đã tạo ra được 1 mẫu máy có thiết bị tời cáp dẫn động cơ khí, cơ cấu nâng gỗ dẫn động thuỷ lực, thiết bị có thể gom gỗ từ xa, tự bốc gỗ lên rơ móoc và vận chuyển ở cự li ngắn. Đã khảo nghiệm cưa xăng Partner P-70 và tời 2 trống chặt hạ và vận xuất gỗ ở trong rừng ngập mặn. Nguyễn Nhật Chiêu “Thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm thiết bị vận xuất, bốc dỡ, vận chuyển để khai thác gỗ nguyên liệu giấy và gỗ nhỏ rừng trồng”. Nguyễn Văn Quân thực hiện luận án Tiến sĩ với đề tài “Nghiên cứu áp dụng máy kéo bánh hơi để vận xuất gỗ rừng trồng”.
Năm 2005, đề tài nghiên cứu cấp nhà nước: “Nghiên cứu lựa chọn công nghệ và hệ thống thiết bị cơ giới hóa các khâu làm đất, trồng, chăm sóc rừng trồng và khai thác gỗ” thuộc chương trình KHCN trọng điểm cấp nhà nước 8 KC 07, giai đoạn 2001 – 2005 do Trường Đại học Lâm Nghiệp chủ trì đã thiết kế chế tạo được mẫu tời thuyền tự hành 1 trống để vận xuất gỗ rừng trồng, công suất 4.2 kW, cự ly gom 50m, lực kéo tối đa 5696N, năng suất 15 – 20 m3/ca. Ưu điểm lớn nhất của mẫu tời này là thiết kế gọn nhẹ, đơn giản, dễ chế tạo. Song còn một số nhược điểm: Cự ly gom gỗ ngắn, lực kéo nhỏ chỉ phù hợp với gỗ rừng trồng, côn ly tâm có độ bền kém. Năm 2006, Trường Đại học Lâm nghiệp được giao Đề tài nghiên cứu trọng điểm cấp bộ “Nghiên cứu công nghệ, cải tiến, thiết kế, chế tạo một số thiết bị phục vụ khai thác chọn rừng tự nhiên nhằm nâng cao tỷ lệ tận dụng gỗ và hạn chế tác động xấu đến môi trường xung quanh” thực hiện từ năm 2006 – 2009 chủ trì, các tác giả của đề tài đã thiết kế, chế tạo được mẫu tời hai trống công suất 10 kW.