chương 1 Trên thế giới, máy khoan hố trồng cây được sử dụng rất phổ biến với nhiều chủng loại khác nhau để cơ giới hóa khâu làm đất trồng rừng, loại cầm tay (một người điều khiển và loại hai người điều khiển) và loại lắp trên máy kéo (dẫn động bằng cơ khí và loại dẫn động bằng thủy lực). Ở nước ta, trong những năm gần đây được sự quan tâm của nhà nước đã có một số công trình nghiên cứu, thiết kế chế tạo và thử nghiệm máy khoan hố trồng cây lắp trên các máy kéo cỡ nhỏ để làm đât trồng rừng, cụ thể: Máy khoan hố trồng cây (dẫn động cơ khí và loại dẫn động thủy lực lắp trên máy kéo BS8 – Đề tài do PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu chủ trì); Máy khoan hố trồng cây dẫn động thủy lực lắp trên máy kéo Shibaura SD 3000A – Đề tài c 16 do PGS.TS Nông Văn Vìn chủ trì; Máy khoan hố trồng cây dẫn động cơ khí lắp trên máy kéo MTZ 50 phục vụ cơ giới hóa làm đất vùng Tây Nguyên; - Thông số đầu vào phục vụ thiết kế máy khoan hố trồng cây chủ yếu tiến hành theo phương pháp nghiên cứu thực nghiệm như xác định mô men cản trên trục lưỡi khoan, tốc độ làm việc của lưỡi khoan và lực ấn lưỡi khoan vào đất… được lấy theo kinh nghiệm nên các thông số thiết kế máy chưa được tối ưu. - Bộ phận làm việc chủ yếu của máy khoan hố là lưỡi khoan, kết cấu và kích thước hình học của nó quyết định đến chất lượng và năng suất làm việc của máy khoan. Việc nghiên cứu thiết kế nó của các công trình thiết kế từ trước tới nay chủ yếu dựa vào kinh nghiệm để lựa chọn là chủ yếu.
Vì vậy cần thiết phải có những nghiên cứu cơ bản để xác định thông số cấu tạo tối ưu cũng như lực ấn cần thiết khi nó làm việc sao cho chi phí năng lượng cho khoan hố là tối thiểu và năng suất đạt cực đại. c 17 CHƯƠNG 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2. Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số về cấu tạo và chế độ làm việc của máy khoan hố lắp trên máy kéo Shibaura 3000A đến mô men cản trên trục lưỡi khoan và năng suất khi làm việc. Kết quả nghiên cứu làm cơ sở cho việc thiết kế cải tiến lưỡi khoan và chọn chế độ sử dụng liên hợp máy hợp lý.
Đối tượng nghiên cứu Trong những năm gần đây, nước ta đã nhập nhiều loại máy kéo bốn bánh cỡ vừa và nhỏ từ Nhật Bản để phục vụ sản xuất nông nghiệp như Shibaura, Kubota…. Các loại máy kéo này là kiểu máy kéo lớn thu nhỏ, có nhiều tính năng tốt như công suất trung bình, tiết kiệm nhiên liệu , giá cả vừa phải và đặc biệt là máy có hai cầu chủ động nên có khả năng bám tốt… Trên cơ sở tận dụng nguồn động lực sẵn có và phát huy tính năng tác dụng của loại máy kéo đó để phục vụ sản xuất lâm nghiệp, đẩy mạnh công tác cơ giới hoá khâu làm đất trồng rừng. Nông Văn Vìn -Trường Đại học Nông nghiệp I - Hà Nội, thực hiện đề tài cấp nhà nước KC 07 - 26 đã thiết kế chế tạo máy khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo Shibaura-3000A với dẫn động thuỷ lực Đề tài đã nghiên cứu, chế tạo và thử nghiệm thành công LHM gồm máy kéo Shibaura 3000A (4x4) với thiết bị khoan hố phục vụ trồng c 18 rừng được lắp trên hệ thống treo của máy kéo. Khi khoan hố, mô men quay được truyền từ động cơ thủy lực qua hộp giảm tốc bánh răng côn đến làm quay trục mũi khoan, lực ấn lưỡi khoan vào đất được thực hiện nhờ xi lanh thủy lực của hệ thống nâng hạ lắp sau máy kéo.
Xuất phát từ mục tiêu nghiên cứu như đã nêu ở trên thì đối tượng nghiên cứu vấn đề này rất rộng. Riêng các loại lưỡi khoan dùng để khoan hố hiện naycó tới trên 10 dạng khác nhau như: Dạng lưỡi khoan xoắn rộng, xoắn hẹp, dạng cánh nâng, dạng lưỡi thìa, dạng khung, dạng lò so mũi xoắn, dạng khoan nông cánh rộng. Trong mỗi dạng lại có nhiều loại khác nhau ( khoan lỗ rộng, khoan lỗ trung bình, khoan lỗ hẹp ). loại đất để nghiên cứu cũng có rất nhiều.
Chọn đối tượng nghiên cứu chính là chọn dạng lưỡi khoan và chọn đất để tiến hành làm thực nghiệm. Giới thiệu máy kéo Shibaura-3000A Máy kéo Shibaura-3000A là loại máy kéo 4 bánh do Nhật Bản sản xuất được nhập vào nước ta để phục vụ sản xuất nông nghiệp. Máy có kết cấu đơn giản, ổn định, dễ sử dụng, thích hợp với mọi loại đất: Ruộng khô, ruộng nước, vườn cây ăn quả, trang trại lâm nghiệp. Máy có thể sử dụng với nhiều mục đích khác nhau, có thể lắp: Cày chảo, máy phay, rơmooc.
Ngoài ra có thể làm động lực tĩnh cho các loại máy tuốt lúa, máy bơm nước, máy phát điện và nhiều máy khác. Không chỉ phù hợp với hoạt động nông nghiệp thuần tuý, máy còn có thể dùng cho các họat động sản xuất lâm nghiệp vì nó đáp ứng được yêu cầu làm việc trên nhiều vùng địa hình thoải Việt Nam. Máy kéo Shibaura-3000A có 4 bánh chủ động gồm hai phần chính là động cơ và hệ thống truyền lực. Động cơ của máy là động cơ Điêzel, công suất 30 mã lực.
Hệ thống truyền lực gồm côn ma sát, hộp số, truyền lực trung ương, hộp vi sai. c 19 Máy kéo có khả năng làm việc tốt, tiêu thụ năng lượng thấp, kích thước nhỏ gọn, phù hợp với diện tích canh tác nhỏ và điều kiện đường xá ở nông thôn. Hình dáng bên ngoài của máy kéo Shibaura-3000A Một số thông số và đặc tính kỹ thuật của máy kéo Shibaura-3000A cho ở (bảng 2.1) và tỷ số truyền của hệ thống truyền lực (bảng 2.1 Đặc tính kỹ thuật của máy kéo Shibaura-3000A Thông số Giá trị Đơn vị Ghi chú Cầu trước - Mã hiệu lốp: 8 - 16 - Đường kính bánh xe (D1) 750 mm - Bề rộng bánh xe (b1) 220 mm - Áp suất không khí (p1) 1,6 -3,5 KG/cm2 (1245 – 1223) mm c 20 - Độ chụm các bánh xe (A - B) 22 cm - Khoảng cách vết (B1) 1200 mm - Khoảng sáng cầu trước (h1) 330 mm Cầu sau - Mã hiệu lốp: 11- 28 - Đường kính bánh xe (D2) 1227 mm - Bề rộng bánh xe (b2) 325 mm - Áp suất không khí (p2) 1-3,5 KG/cm2 - Khoảng cách vết (B2) 1200 mm - Khoảng sáng cầu sau (h2) 393 mm Chiều dài cơ sở (L) 1815 mm Trọng lượng (G) 1477 kg (Chưa có người lái) - Trên cầu trước (G1) 650 kg (z1=6.380N) - Trên cầu sau (G2) 827 kg (z2=6.380N) Toạ độ trọng tâm: - Dọc (x) 799,04 mm (Đến cầu sau) - Ngang (y) 10 mm (Sang trái) - Cao (h) 552 mm Bảng 2.2 Tỉ số truyền của hệ thống truyền lực máy kéo Shibaura-3000A Tầng nhanh Số 1 Số 2 Số 3 Số 4 I 719,93 317,38 114,47 68,98 II 560,71 247,05 113,76 52,34 III 458,51 200,96 91,82 41,36 R 617,43 265,19 122,70 56,90 Tầng chậm Tỉ số truyền hộp giảm tốc = 7,61 Trục thu công suất 4,569 3,564 2,400 1,896 - Công suất động cơ: 30 mã lực c 21 - Trục thu công suất: Bố trí đằng sau máy, chúng có 4 tốc độ tuỳ theo tỷ số truyền và tốc độ quay của động cơ. - Cơ cấu treo: Bố trí phía đằng sau máy.
- Hệ thống thuỷ lực:Dùng cho cơ cấu nâng hạ lắp phía sau máy kéo. Giới thiệu liên hợp máy khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo Shibaura-3000A. Đặc điểm kỹ thuật của máy khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo Shibaura-3000A: - Bơm thủy lực: + Mã hiệu HШ-50, do Liên Xô chế tạo. + Số vòng quay bơm: (500 – 1000) vòngphút.
+ Lưu lượng riêng bơm: 50 cm3/vòng. - Động cơ thuỷ lực (mô tơ thuỷ lực): + Mã hiệu OMP-50, do Italia chế tạo. + Công suất: 10KW. + Lưu lượng riêng: 50cm3/vòng.
+ Áp suất lớn nhất: 140 KG/cm2. - Xi lanh thuỷ lực + Hành trình S = (400 – 450)mm. + Hoạt động của xy lanh nhờ van điều tiết tốc độ di chuyển pít tông trong quá trình hoạt động. - Hộp giảm tốc: Có tỷ số truyền i = 2,5, được lắp nối tiếp sau động cơ thuỷ lực.
Hộp giảm tốc làm tăng mô men đồng thời giảm tốc độ cho trục khoan để hạn chế va đập mạnh. Hộp giảm tốc là bộ truyền xích. - Van phân phối có thể điều khiển được chiều quay của trục bơm nhằm giúp cho thoát tải dễ dàng khi lưỡi khoan bị mắc vào rễ cây (cần quay ngựơc lại). c 22 - Van an toàn bảo vệ hệ thống khi hệ thống bị quá tải, khắc phục hiện tượng quá tải máy kéo, động cơ thuỷ lực, bơm và các chi tiết khác.
Máy khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo Shibaura-3000A sử dụng lưỡi khoan có lưỡi cắt đáy hố và mũi tâm. Cấu tạo của lưỡi khoan: + Đường kính lưỡi khoan D = 0,38m. + Đường kính trục khoan là 50mm. + Chiều cao lưỡi khoan H = 0,6m.
+ Góc cắt trước của lưỡi cắt 0 = 400. + Góc cắt sau của lưỡi cắt 0 = 150. + Góc cắt trượt của cạnh sắc = 300 – 400. + Mũi khoan ở tâm: Có dạng một “ngòi bút”, với hai nhánh xẻ sang hai bên.
Đường kính mũi tâm D = 80mm. + Góc cắt sau của mũi tâm từ 5 – 100 + Khoảng cách H2 giữa đầu mũi khoan ở tâm đến cạnh sắc theo chiều trục khoan là H2 = 80mm. + Việc nối trục mũi khoan ở tâm với trục khoan được thực hiện nhờ mối ghép then và chốt hãm.2: Lưỡi khoan có lưỡi cắt đáy hố và mũi tâm Sơ đồ nguyên lý truyền động cho lưỡi khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo Shibaura SD 3000A: 5 6 7 n n1 8 3 4 1 2 Hình 2.3: Sơ đồ truyền động thuỷ lực cho máy khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo Shibaura-3000A. 1 -Trục thu công suất của máy kéo; 2 - Khớp nối; 3 - Bơm thuỷ lực; 4 - Van an toàn; 5 - Van phân phối; 6 - Động cơ thuỷ lực;7 - Hộp giảm tốc; 8 - Trục khoan; 9 - Thùng dầu.
Truyền động cho trục máy khoan là nhờ động cơ thuỷ lực. Bơm thuỷ lực (3) được nhận chuyển động từ trục thu công suất của máy kéo qua khớp nối. Bơm thuỷ lực hút dầu từ thùng chứa, dầu thuỷ lực được đưa đến động cơ thuỷ lực (6) và các xi lanh thuỷ lực nhờ các đường ống và được điều khiển nhờ van phân phối loại ngăn kéo (5) lắp trên ca bin của máy kéo.