Nghiên cứu khả năng kéo bám và ổn định của máy kéo bánh hơi trong chăm sóc rừng trên đất dốc

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Tình hình cơ giới hóa trong trồng và chăm sóc rừng

1.2. Đặc điểm rừng trồng và những yêu cầu kỹ thuật làm đất trồng chăm sóc rừng

1.3. Tình hình nghiên cứu tính chất kéo, bám của máy kéo trong sản xuất nông lâm nghiệp

1.4. Khả năng ổn định của máy kéo khi làm việc trên đất dốc

1.4.1. Tính ổn định tĩnh dọc của máy kéo trên đất dốc

1.4.2. Tính ổn định dọc của máy kéo khi làm việc trên đất dốc

1.4.3. Ổn định của máy kéo bánh hơi khi làm việc với máy công tác treo

1.4.4. Tính ổn định ngang tĩnh của máy kéo

1.4.5. Ổn định trượt ngang, lệch hướng của máy kéo khi chuyển động

1.4.6. Tính ổn định của máy kéo làm việc trên địa hình mấp mô

1.5. Đối tượng, mục tiêu, nội dung, phương pháp nghiên cứu của luận án

1.5.1. Đối tượng nghiên cứu

1.5.2. Mục tiêu nghiên cứu

1.5.3. Nội dung nghiên cứu

1.5.4. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

1.5.5. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

1.6. Kết luận chương 1

2. CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA LHM CÀY CHẢO KHI LÀM VIỆC TRÊN DỐC NGANG

2.1. Phân tích cấu trúc cày chảo

2.2. Mô hình ổn định hướng chuyển động thẳng của máy kéo bánh hơi trên dốc ngang

2.3. Phân tích cấu trúc và xây dựng mô hình máy kéo

2.4. Xây dựng mô hình động lực LHM cày chảo trên dốc ngang

2.5. Xác định đường đặc tính động cơ

2.6. Phân tích hệ thống truyền lực của máy kéo

2.7. Mô hình bánh xe chủ động làm việc trên dốc ngang

2.8. Tính lực kéo của máy kéo trên dốc ngang

2.9. Lập phương trình vi phân chuyển động của LHM

2.10. Quan hệ của các chỉ tiêu kéo bám với các chỉ tiêu làm việc của LHM

2.11. Quan hệ giữa độ trượt với phí năng lượng riêng của LHM

2.12. Kết luận chương II

3. CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT MÔ HÌNH VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO KHẢ NĂNG KÉO BÁM VÀ ỔN ĐỊNH CỦA LHM CÀY CHẢO

3.1. Kiểm tra mô hình nghiên cứu lý thuyết

3.2. Xây dựng đặc tính kéo bám của máy kéo Yanmar F535D trên dốc ngang

3.3. Ảnh hưởng của chế độ sử dụng đến khả năng kéo bám và chỉ tiêu làm việc của LHM

3.4. Ảnh hưởng góc dốc đến hệ số cản và hệ số kéo bám cực đại dọc

3.5. Ảnh hưởng góc dốc và lực cản đến khả năng kéo bám và chỉ tiêu làm việc của LHM

3.6. Ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến khả năng kéo bám và các chỉ tiêu làm việc của LHM

3.7. Ảnh hưởng của chiều cao trọng tâm máy kéo

3.8. Ảnh hưởng của bề rộng máy kéo

3.9. Ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến khả năng ổn định của LHM

3.10. Giải pháp nâng cao khả năng kéo bám và ổn định của LHM cày chảo

3.11. Khảo sát khả năng kéo bám của LHM trước và sau cải tiến HTDĐ

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Kéo Bám Máy Kéo Đất Dốc

Rừng trồng sản xuất tại Việt Nam có diện tích lớn, trên 4.3 triệu ha, trong đó đất trồng rừng thâm canh có thể cơ giới hóa là trên 1.5 triệu ha. Hàng năm, hơn 200 nghìn ha rừng trồng được khai thác và trồng lại. Rừng trồng sản xuất cung cấp trên 70% nguyên liệu cho công nghiệp chế biến, đưa kim ngạch xuất khẩu đồ gỗ của Việt Nam đạt trên 11 tỷ USD năm 2019. Tuy nhiên, việc áp dụng cơ giới hóa còn hạn chế do thiếu thiết bị phù hợp với địa hình đất dốc. Máy kéo xích phù hợp với công việc nặng nhọc, còn máy kéo bánh hơi cơ động nhưng kém ổn định trên dốc. Nghiên cứu động lực học kéo bám và ổn định máy kéo là cần thiết.

1.1. Tình Hình Cơ Giới Hóa Chăm Sóc Rừng Việt Nam

Việc áp dụng kỹ thuật cơ giới hóa làm đất trồng, chăm sóc rừng không chỉ thay thế lao động thủ công mà còn là yếu tố quan trọng để cải tạo đất, thâm canh nâng cao năng suất máy kéo, chất lượng và hiệu quả trồng rừng. Tuy nhiên, hiện nay việc áp dụng cơ giới hóa các khâu sản xuất trong lâm nghiệp còn nhiều hạn chế, một trong những nguyên nhân đó là thiếu thiết bị cơ giới có khả năng làm việc hiệu quả trên đất dốc của lâm nghiệp.

1.2. Yêu Cầu Kỹ Thuật Làm Đất Trồng Chăm Sóc Rừng

Trong trồng rừng, các khâu làm đất trồng, chăm sóc rừng là những việc nặng nhọc, tốn nhiều năng lượng và bằng lao động thủ công khó đáp ứng được các yêu cầu của sản xuất. Chính vì vậy, việc nghiên cứu khả năng kéo bám máy kéo và ổn định máy kéo bánh hơi trong điều kiện chăm sóc rừng trên đất dốc là vô cùng quan trọng.

II. Thách Thức Về Ổn Định Máy Kéo Bánh Hơi Trên Đất Dốc

Các hệ thống máy kéo hiện tại sử dụng trong nông lâm nghiệp rất đa dạng. Máy kéo xích có tính năng kéo bám, độ ổn định tốt, phù hợp cho công việc cần lực kéo lớn. Máy kéo bánh hơi có tính cơ động cao, khả năng liên hợp và trích truyền công suất đa dạng, có thể di chuyển giữa các hàng cây để thực hiện công việc chăm sóc, phòng trừ sâu bệnh cho rừng trồng. Tuy nhiên, khả năng kéo bám và ổn định máy kéo bánh hơi bị hạn chế khi làm việc trên đất dốc. Do tính chất phức tạp của quá trình làm việc, đặc biệt trên địa hình đất sản xuất lâm nghiệp ở Việt Nam có độ dốc địa hình lớn, chia cắt, nên còn nhiều vấn đề chưa được nghiên cứu đầy đủ.

2.1. Hạn Chế Của Máy Kéo Bánh Hơi Trên Địa Hình Đồi Núi

Máy kéo bánh hơi tuy có tính cơ động cao nhưng khả năng kéo bám và ổn định giảm đáng kể khi vận hành trên địa hình đồi núi. Điều này gây ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất máy kéo và hiệu quả sử dụng máy kéo trong chăm sóc rừng.

2.2. Nghiên Cứu Chưa Đầy Đủ Về Máy Kéo Trên Đất Dốc

Các nghiên cứu gần đây chủ yếu tập trung vào ổn định của ô tô, máy kéo sử dụng trong vận chuyển lâm sản và hàng hóa trên đường... Trong khi đó, việc nghiên cứu chuyên sâu về khả năng kéo bám và ổn định của máy kéo bánh hơi khi thực hiện các công việc chăm sóc rừng trên đất dốc còn nhiều hạn chế.

2.3. An Toàn Khi Sử Dụng Máy Kéo Bánh Hơi Trên Đất Dốc

Việc đảm bảo an toàn máy kéo khi vận hành trên đất dốc là một thách thức lớn. Các yếu tố như moment lật máy kéo, hệ số ma sát lốp, và phân bố tải trọng máy kéo cần được nghiên cứu kỹ lưỡng để đưa ra các giải pháp phòng ngừa tai nạn.

III. Phương Pháp Xây Dựng Mô Hình Động Lực Học Kéo Bám

Để đánh giá và cải thiện khả năng kéo bám và ổn định của máy kéo, cần xây dựng mô hình động lực học chính xác. Mô hình này sẽ phân tích các lực tác dụng lên máy kéo, bao gồm lực kéo, lực cản, trọng lực và các phản lực từ mặt đất. Phân tích cấu trúc của cày chảo cũng là yếu tố quan trọng để xây dựng mô hình.

3.1. Phân Tích Cấu Trúc Cày Chảo

Việc phân tích cấu trúc của cày chảo giúp xác định chính xác các thông số kỹ thuật ảnh hưởng đến lực cản và năng suất máy kéo. Cấu trúc cày chảo ảnh hưởng đến lực kéo máy kéo cần thiết để thực hiện công việc.

3.2. Mô Hình Bánh Xe Chủ Động Trên Dốc Nghiêng

Xây dựng mô hình bánh xe chủ động làm việc trên dốc nghiêng để xác định các lực tác dụng lên bánh xe, bao gồm lực kéo, lực cản lăn và lực bám. Các yếu tố như hệ số ma sát lốp và áp suất lốp máy kéo ảnh hưởng lớn đến khả năng kéo bám máy kéo.

3.3. Lập Phương Trình Vi Phân Chuyển Động

Lập phương trình vi phân chuyển động của liên hợp máy kéo để mô tả sự thay đổi vận tốc và vị trí của máy kéo theo thời gian. Phương trình này sẽ giúp phân tích động lực học máy kéo và dự đoán ổn định của máy kéo.

IV. Các Giải Pháp Nâng Cao Kéo Bám Ổn Định Máy Kéo

Nghiên cứu các giải pháp nhằm nâng cao khả năng kéo bám và ổn định máy kéo bánh hơi khi làm việc trên đất dốc. Các giải pháp có thể bao gồm cải tiến hệ thống truyền động, thay đổi kết cấu lốp, điều chỉnh trọng tâm máy kéo và sử dụng các hệ thống hỗ trợ lái. Việc tăng độ bám cho bánh xe là một yếu tố quan trọng.

4.1. Cải Tiến Hệ Thống Truyền Động

Cải tiến hệ thống truyền động để tối ưu hóa việc truyền lực từ động cơ đến bánh xe, giúp tăng lực kéo máy kéo và giảm trượt bánh. Điều này có thể bao gồm sử dụng hộp số có nhiều cấp số hơn hoặc hệ thống điều khiển lực kéo điện tử.

4.2. Điều Chỉnh Trọng Tâm Máy Kéo

Điều chỉnh trọng tâm máy kéo để cải thiện ổn định của máy kéo, đặc biệt là khi làm việc trên đất dốc. Việc hạ thấp trọng tâm có thể giảm nguy cơ lật máy kéo.

4.3. Sử Dụng Lốp Chuyên Dụng Cho Đất Dốc

Sử dụng các loại lốp có thiết kế gai đặc biệt để tăng hệ số ma sát lốp và khả năng kéo bám trên đất dốc. Việc lựa chọn vật liệu lốp máy kéo phù hợp cũng rất quan trọng.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn Và Kết Quả Nghiên Cứu

Trình bày các ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu trong chăm sóc rừng trên đất dốc. Đánh giá hiệu quả của các giải pháp nâng cao khả năng kéo bám và ổn định máy kéo. So sánh kết quả nghiên cứu lý thuyết với kết quả thực nghiệm để kiểm chứng tính chính xác của mô hình.

5.1. Thử Nghiệm Các Giải Pháp Trên Thực Địa

Thực hiện các thử nghiệm trên thực địa để đánh giá hiệu quả của các giải pháp nâng cao khả năng kéo bám và ổn định máy kéo trong điều kiện làm việc thực tế.

5.2. Đánh Giá Năng Suất Và Hiệu Quả Làm Việc

Đánh giá năng suất máy kéo và hiệu quả sử dụng máy kéo sau khi áp dụng các giải pháp cải tiến. So sánh với năng suất và hiệu quả trước khi cải tiến để chứng minh tính hiệu quả của nghiên cứu.

5.3. Kiểm Chứng Mô Hình Lý Thuyết Bằng Thực Nghiệm

So sánh kết quả mô phỏng bằng mô hình lý thuyết với kết quả đo đạc thực nghiệm để kiểm chứng tính chính xác của mô hình. Điều chỉnh mô hình nếu cần thiết để đảm bảo độ tin cậy.

VI. Hướng Nghiên Cứu Tương Lai Về Máy Kéo Chăm Sóc Rừng

Đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo để tiếp tục cải thiện khả năng kéo bám và ổn định máy kéo bánh hơi trong chăm sóc rừng trên đất dốc. Các hướng nghiên cứu có thể bao gồm sử dụng công nghệ mới như hệ thống lái tự động, cảm biến và trí tuệ nhân tạo.

6.1. Ứng Dụng Công Nghệ Lái Tự Động

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ lái tự động để cải thiện độ chính xác và an toàn máy kéo khi làm việc trên đất dốc. Hệ thống lái tự động có thể giúp giảm thiểu sai sót của người lái và tối ưu hóa đường đi.

6.2. Sử Dụng Cảm Biến Để Giám Sát Địa Hình

Sử dụng cảm biến để giám sát địa hình và điều chỉnh áp suất lốp máy kéo tự động để tối ưu hóa khả năng kéo bám và giảm trượt bánh.

6.3. Tích Hợp Trí Tuệ Nhân Tạo

Tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI) để phân tích dữ liệu từ cảm biến và đưa ra các quyết định điều khiển máy kéo tối ưu, giúp cải thiện năng suất và giảm thiểu rủi ro.

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KÉO BÁM VÀ ỔN ĐỊNH CỦA LIÊN HỢP MÁY KÉO BÁNH HƠI VỚI CÀY CHĂM SÓC RỪNG LÀM VIỆC TRÊN ĐẤT DỐC