Nghiên cứu khả năng ổn định chống lật xe tải xích MST-600 bằng tay thủy lực

Nghiên cứu khả năng ổn định chống lật xe tải xích MST-600. Luận văn làm cơ sở thiết kế, cải tiến tay thủy lực để bốc dỡ gỗ rừng trồng an toàn.

• Tác giả: Trịnh Văn Đại
• Người hướng dẫn: Nguyễn Nhật Chiêu
• Trường học: Trường Đại học Lâm nghiệp
• Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa nông lâm nghiệp
• Đề tài: Nghiên cứu khả năng ổn định chống lật của xe tải xích cao su MST – 600 khi bốc dỡ gỗ bằng tay thủy lực
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2010
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Hướng dẫn tổng quan về ổn định chống lật xe MST 600

Trong bối cảnh ngành lâm nghiệp Việt Nam đang đẩy mạnh cơ giới hóa, việc lựa chọn và ứng dụng các thiết bị phù hợp là yếu tố then chốt. Xe tải xích cao su MST-600, một loại máy lâm nghiệp có nguồn gốc từ Nhật Bản, nổi lên như một giải pháp tiềm năng nhờ kết cấu nhỏ gọn, khả năng di chuyển linh hoạt trên địa hình dốc và ít gây tổn hại đến đất rừng. Tuy nhiên, khi trang bị thêm tay bốc thủy lực để thực hiện công tác bốc dỡ gỗ, vấn đề đảm bảo ổn định chống lật cho xe trở thành một bài toán kỹ thuật cấp thiết. Việc nghiên cứu khả năng ổn định chống lật xe MST-600 khi bốc dỡ gỗ không chỉ có ý nghĩa về mặt khoa học, mà còn là cơ sở để xây dựng các quy định vận hành, đảm bảo an toàn lao động trong lâm nghiệp. Luận văn "Nghiên cứu khả năng ổn định chống lật của xe tải xích cao su MST-600 khi bốc dỡ gỗ bằng tay thủy lực" của tác giả Trịnh Văn Đại đã đi sâu vào phân tích vấn đề này, cung cấp những cơ sở lý thuyết và tính toán quan trọng. Bài viết này sẽ phân tích chi tiết các nội dung cốt lõi của công trình nghiên cứu, từ việc xác định các yếu tố rủi ro, phương pháp tính toán, đến các kết quả cụ thể nhằm mang lại cái nhìn toàn diện và ứng dụng thực tiễn cho việc vận hành loại xe gắp gỗ tự hành này một cách an toàn và hiệu quả.

1.1. Giới thiệu xe tải xích cao su MST 600 trong lâm nghiệp

Xe tải xích cao su MST-600 là một thiết bị chuyên dụng được thiết kế để hoạt động hiệu quả trên các địa hình phức tạp. Với hệ thống di chuyển bằng hai dải xích cao su, xe có khả năng bám cao và phân bổ áp lực lên mặt đất đều, giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường đất rừng. Cấu tạo xe kẹp gỗ khi được cải tiến từ xe MST-600 bao gồm khung xe chắc chắn, cabin điều khiển, động cơ mạnh mẽ và thùng xe tự đổ dẫn động thủy lực. Đặc biệt, việc tích hợp tay bốc thủy lực biến nó thành một máy lâm nghiệp đa năng, có khả năng tự bốc dỡ và vận chuyển gỗ. Theo thông số kỹ thuật, xe có trọng lượng khoảng 40.000 N và tải trọng cho phép tối đa là 33.000 N. Những ưu điểm này làm cho MST-600 trở thành một lựa chọn hấp dẫn cho các hoạt động khai thác gỗ rừng trồng quy mô vừa và nhỏ tại Việt Nam.

1.2. Tầm quan trọng của việc phân tích ổn định xe chuyên dụng

Phân tích ổn định là một trong những yêu cầu cơ bản và quan trọng nhất trong thiết kế và vận hành máy móc, đặc biệt là các loại xe chuyên dụng làm việc trên địa hình không bằng phẳng. Đối với xe MST-600 khi bốc dỡ gỗ, nguy cơ lật đổ luôn hiện hữu do sự thay đổi trọng tâm của toàn bộ hệ thống khi tay thủy lực vươn ra và nâng tải. Một sự cố lật xe không chỉ gây thiệt hại nghiêm trọng về thiết bị mà còn đe dọa trực tiếp đến tính mạng người vận hành. Do đó, việc nghiên cứu và xác định các giới hạn an toàn là vô cùng cần thiết. Kết quả của việc phân tích ổn định xe chuyên dụng sẽ cung cấp các thông số quan trọng như góc dốc giới hạn, mối quan hệ giữa tầm vươn và tải trọng nâng an toàn, làm cơ sở khoa học để xây dựng một quy trình bốc dỡ gỗ an toàn, góp phần nâng cao hiệu quả và đảm bảo an toàn lao động trong lâm nghiệp.

II. Top rủi ro gây lật xe MST 600 khi bốc dỡ gỗ lâm nghiệp

Việc vận hành xe MST-600 trang bị tay gắp gỗ trong môi trường khai thác lâm nghiệp tiềm ẩn nhiều rủi ro, trong đó nguy cơ lật xe là nghiêm trọng nhất. Nguyên nhân dẫn đến mất ổn định rất đa dạng, bao gồm các yếu tố khách quan từ môi trường làm việc và các yếu tố chủ quan liên quan đến thao tác vận hành và đặc tính kỹ thuật của thiết bị. Khi xe làm việc trên mặt phẳng nghiêng, thành phần trọng lực song song với mặt dốc sẽ tạo ra một mô men lật, có xu hướng làm xe bị lật về phía chân dốc. Tình trạng này càng trở nên nguy hiểm khi tay thủy lực mang tải trọng lớn và vươn ra xa, làm dịch chuyển trọng tâm xe MST-600 ra khỏi vùng đế tựa an toàn. Các thao tác vận hành đột ngột như phanh gấp, quay cần nhanh hoặc nhấc tải đột ngột cũng tạo ra các lực quán tính và tải trọng động, làm tăng đáng kể nguy cơ lật đổ. Việc hiểu rõ và lượng hóa các rủi ro này là bước đầu tiên để xây dựng các biện pháp phòng ngừa hiệu quả, đảm bảo an toàn tuyệt đối trong quá trình khai thác. Phân tích các yếu tố này giúp xác định điều kiện cân bằng giới hạn của xe trong các tình huống làm việc khác nhau.

2.1. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định của xe

Sự ổn định của xe MST-600 phụ thuộc vào sự tương tác phức tạp của nhiều yếu tố. Yếu tố quan trọng hàng đầu là địa hình dốc, bao gồm độ dốc dọc (khi xe lên/xuống dốc) và độ dốc ngang (khi xe di chuyển trên sườn dốc). Vị trí trọng tâm xe MST-600 và toàn bộ hệ thống (bao gồm cả tay thủy lực và khối gỗ) đóng vai trò quyết định. Khi tay thủy lực vươn xa và nâng tải nặng, trọng tâm chung của hệ thống sẽ dịch chuyển cả về chiều cao lẫn phương ngang, làm giảm đáng kể khả năng chống lật. Ngoài ra, các thông số kết cấu của xe như chiều rộng cơ sở (khoảng cách tâm hai dải xích) và chiều dài tiếp xúc của xích cũng ảnh hưởng trực tiếp đến vùng đế tựa, từ đó quyết định đến khả năng ổn định của xe.

2.2. Nguy cơ mất an toàn khi vận hành trên địa hình không bằng phẳng

Hoạt động trên địa hình không bằng phẳng là điều kiện làm việc phổ biến của các loại máy lâm nghiệp. Khi xe MST-600 đứng trên một mặt phẳng nghiêng, trọng lực G của xe được phân thành hai thành phần: một thành phần vuông góc với mặt dốc (Gcosα) và một thành phần song song với mặt dốc (Gsinα). Thành phần Gsinα chính là lực gây ra mô men lật quanh điểm tựa ở phía chân dốc. Mô men này càng lớn khi góc dốc càng tăng. Khi xe thực hiện bốc dỡ gỗ, trọng lượng của khối gỗ cũng tạo thêm một mô men lật bổ sung. Nếu tổng các mô men lật vượt quá mô men giữ (mô men chống lật do trọng lượng xe tạo ra), xe sẽ bị lật đổ. Đây là rủi ro lớn nhất, đòi hỏi người vận hành phải được đào tạo kỹ lưỡng và tuân thủ nghiêm ngặt các giới hạn về tải trọng và góc dốc làm việc.

III. Phương pháp phân tích ổn định chống lật xe chuyên dụng

Để đánh giá khả năng ổn định chống lật xe MST-600 khi bốc dỡ gỗ, công trình nghiên cứu đã áp dụng phương pháp phân tích tĩnh học dựa trên các nguyên lý cơ bản của cơ học. Phương pháp này tập trung vào việc xác định điều kiện cân bằng giới hạn của xe khi đứng yên và chịu tác dụng của các ngoại lực. Nền tảng của phương pháp này là cơ sở lý thuyết ổn định, trong đó xe được coi là ổn định khi hình chiếu của trọng tâm chung lên mặt phẳng tựa nằm hoàn toàn bên trong chu vi của vùng đế tựa (được xác định bởi các điểm tiếp xúc của dải xích với mặt đất). Điểm giới hạn của sự ổn định, hay còn gọi là điểm bắt đầu lật, xảy ra khi hình chiếu của trọng tâm nằm đúng trên đường biên của vùng đế tựa. Tại thời điểm này, phản lực của mặt đất lên dải xích phía trên dốc bằng không. Bằng cách thiết lập các phương trình cân bằng mô men đối với trục lật (cạnh ngoài của dải xích phía chân dốc), có thể xác định được mối quan hệ giữa các thông số như góc dốc, tải trọng, tầm vươn của tay thủy lực, và các thông số hình học của xe. Đây là phương pháp kinh điển, có độ tin cậy cao và được sử dụng rộng rãi trong phân tích ổn định xe chuyên dụng.

3.1. Cơ sở lý thuyết ổn định và các chỉ tiêu đánh giá chính

Trên cơ sở lý thuyết ổn định, một vật thể được xem là cân bằng bền vững khi mô men giữ (mô men do các lực có xu hướng giữ vật thể ở vị trí ban đầu) lớn hơn mô men lật (mô men do các lực có xu hướng làm lật đổ vật thể). Chỉ tiêu phổ biến để đánh giá khả năng chống lật là hệ số ổn định tĩnh (K), được định nghĩa là tỷ số giữa mô men giữ và mô men lật (K = Mgiữ / Mlật). Để đảm bảo an toàn, hệ số này phải luôn lớn hơn một giá trị an toàn cho phép, thường là từ 1.2 đến 1.5. Một chỉ tiêu khác là góc nghiêng giới hạn (αt, βt), là góc dốc dọc hoặc ngang tối đa mà xe có thể đứng vững mà không bị lật. Các chỉ tiêu này được xác định thông qua việc giải các phương trình cân bằng lực và mô men tác dụng lên xe.

3.2. Xác định mô men lật và mô men giữ trong tính toán

Trong bài toán phân tích ổn định xe MST-600, việc xác định chính xác mô men lật và mô men giữ là nhiệm vụ cốt lõi. Mô men lật là tổng các mô men của các lực gây lật xe quanh trục lật. Các lực này bao gồm thành phần trọng lực của xe song song với mặt dốc, trọng lượng của tay thủy lực và trọng lượng của khối gỗ đang nâng. Cánh tay đòn của các lực này được tính từ điểm đặt lực đến trục lật. Ngược lại, mô men giữ được tạo ra chủ yếu bởi thành phần trọng lực của xe vuông góc với mặt dốc. Cánh tay đòn của lực này là khoảng cách từ hình chiếu trọng tâm xe đến trục lật. Bằng cách so sánh hai đại lượng này, có thể kết luận về trạng thái ổn định của xe trong một điều kiện làm việc cụ thể.

IV. Cách tính toán ổn định tĩnh cho xe gắp gỗ tự hành MST 600

Quá trình tính toán ổn định tĩnh cho xe gắp gỗ tự hành MST-600 được thực hiện một cách bài bản, bắt đầu từ việc xác định các thông số hình học và khối lượng cơ bản của xe. Bước đầu tiên và quan trọng nhất là xác định chính xác tọa độ trọng tâm xe MST-600 ở trạng thái nguyên bản (chưa lắp tay thủy lực). Dựa trên thông số này, nghiên cứu tiến hành xây dựng các sơ đồ lực tác dụng lên xe trong các trường hợp khác nhau: đứng trên dốc dọc (quay đầu lên và xuống dốc) và đứng trên dốc ngang. Phương pháp giải tích được sử dụng để lập các phương trình cân bằng mô men đối với trục lật tương ứng. Khi mô hình hóa ảnh hưởng của tay thủy lực và tải trọng, hệ thống được xem như một tổ hợp nhiều vật rắn, và trọng tâm chung của toàn bộ hệ thống được tính toán lại. Sự thay đổi của trọng tâm chung khi tay thủy lực thay đổi tầm vươn và góc xoay là yếu tố quyết định đến sự thay đổi của mô men lật và mô men giữ. Các phương trình này cho phép xác định được góc dốc giới hạn hoặc tải trọng cho phép tối đa ứng với một cấu hình làm việc cụ thể, đảm bảo xe luôn hoạt động trong vùng an toàn.

4.1. Xác định tọa độ trọng tâm xe MST 600 làm cơ sở tính toán

Bước nền tảng của mọi phân tích ổn định là xác định tọa độ trọng tâm. Dựa trên tài liệu kỹ thuật và các phương pháp đo đạc, luận văn đã xác định tọa độ trọng tâm xe MST-600 khi chưa lắp tay thủy lực. Các thông số chính bao gồm: khoảng cách từ trọng tâm đến trục bánh sao sau (b = 1350 mm) và chiều cao trọng tâm so với mặt đất (hg = 820 mm). Những con số này là dữ liệu đầu vào không thể thiếu cho các phương trình cân bằng, quyết định độ lớn của các cánh tay đòn của lực và do đó ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả tính toán độ ổn định của toàn bộ xe.

4.2. Xây dựng phương trình cân bằng mô men trên mặt phẳng nghiêng

Dựa trên sơ đồ lực, phương trình cân bằng mô men được thiết lập quanh điểm lật O (cạnh ngoài của dải xích phía thấp). Ví dụ, khi xe đứng quay đầu lên dốc, điều kiện cân bằng giới hạn xảy ra khi mô men của thành phần trọng lực Gsinα (gây lật) cân bằng với mô men của thành phần Gcosα (giữ ổn định). Phương trình có dạng: G.cosα.(b - lk) - G.sinα.hg = 0, trong đó b là khoảng cách ngang từ trọng tâm đến trục sau, hg là chiều cao trọng tâm, và lk là khoảng cách từ điểm lật đến trục sau. Từ phương trình này, có thể giải ra góc dốc giới hạn (tgα = (b - lk) / hg). Tương tự, các phương trình được xây dựng cho các trường hợp xuống dốc và đứng trên dốc ngang.

4.3. Mô hình hóa ảnh hưởng của tay thủy lực và tải trọng nâng

Khi lắp thêm tay thủy lực và nâng tải, mô hình tính toán trở nên phức tạp hơn. Trọng lượng của các bộ phận như trụ xoay, cánh tay, cẳng tay và khối gỗ được thêm vào sơ đồ lực. Mỗi thành phần này tạo ra một mô men riêng đối với trục lật. Phương trình cân bằng mô men tổng quát sẽ bao gồm tổng mô men của tất cả các thành phần này. Vị trí của khối gỗ, được xác định bởi tầm vươn và chiều cao nâng, là biến số quan trọng nhất. Bằng cách cố định góc dốc và các thông số khác, có thể giải phương trình để tìm ra mối quan hệ giữa tầm vươn và tải trọng cho phép, từ đó xây dựng biểu đồ làm việc an toàn cho người vận hành.

V. Kết quả nghiên cứu Tải trọng an toàn cho xe MST 600

Công trình nghiên cứu đã đưa ra những kết quả định lượng cụ thể về khả năng ổn định của xe MST-600, cung cấp những con số có giá trị tham khảo cao cho thực tiễn. Đối với xe nguyên bản chưa lắp tay thủy lực, các tính toán cho thấy xe có khả năng ổn định khá tốt. Cụ thể, góc lên dốc giới hạn, nơi xe bắt đầu có hiện tượng lật dọc về phía sau, là 46°31’. Trong khi đó, góc xuống dốc giới hạn là 36°25’. Về ổn định ngang, góc dốc ngang tối đa mà xe có thể đứng vững trước khi bị lật là 41°5’. Những con số này là cơ sở để so sánh và đánh giá mức độ suy giảm ổn định khi xe được trang bị thêm tay bốc và mang tải. Một trong những kết quả quan trọng nhất của luận văn là việc thiết lập được mối quan hệ giữa tải trọng cho phép và tầm vươn của tay thủy lực trong các điều kiện làm việc khác nhau. Kết quả này cho thấy rõ rằng để đảm bảo an toàn, khi tầm vươn càng lớn, tải trọng nâng phải càng giảm. Mặc dù nghiên cứu chủ yếu tập trung vào hệ số ổn định tĩnh, nhưng cũng đã đề cập đến tầm quan trọng của các yếu tố động, nhấn mạnh rằng các giá trị tính toán cần được áp dụng với một hệ số an toàn phù hợp trong thực tế.

5.1. Góc dốc giới hạn tĩnh của xe MST 600 ở trạng thái nguyên bản

Kết quả tính toán từ các phương trình cân bằng mô men cho thấy các giới hạn ổn định tĩnh của xe MST-600 nguyên bản. Theo luận văn của tác giả Trịnh Văn Đại, góc lên dốc giới hạn là α = 46°31’. Điều này có nghĩa là nếu xe đứng trên một con dốc có góc lớn hơn giá trị này, nó sẽ bị lật về phía sau. Tương tự, góc xuống dốc giới hạn là α’ = 36°25’. Đối với ổn định ngang, góc nghiêng giới hạn là β = 41°5’. Cần lưu ý rằng, hiện tượng trượt ngang có thể xảy ra trước khi lật, phụ thuộc vào hệ số bám giữa xích cao su và mặt đường. Ví dụ, với hệ số bám 0.5, xe sẽ bắt đầu trượt ở góc dốc ngang chỉ 26°33’.

5.2. Phân tích mối quan hệ giữa tầm vươn và tải trọng cho phép

Đây là đóng góp thực tiễn nhất của nghiên cứu. Khi tay thủy lực làm việc, đặc biệt là khi vươn ra xa để gắp gỗ, nó tạo ra một mô men lật rất lớn. Phân tích cho thấy mối quan hệ tỷ lệ nghịch giữa tầm vươn và tải trọng cho phép. Ví dụ, khi tay thủy lực vươn tối đa (3.5m), tải trọng an toàn có thể chỉ còn vài trăm kilogam, trong khi ở tầm vươn gần, xe có thể nâng được tải trọng lớn hơn nhiều. Kết quả này thường được biểu diễn dưới dạng biểu đồ tải (load chart), một công cụ không thể thiếu cho người vận hành để tra cứu và đảm bảo không nâng quá tải trọng cho phép ở một tầm vươn nhất định, giúp ngăn ngừa tai nạn lật xe hiệu quả.

5.3. Lưu ý về hệ số ổn định động và các yếu tố thực tế

Nghiên cứu tập trung vào phân tích ổn định tĩnh, tức là giả định xe đứng yên và các lực tác dụng một cách từ từ. Tuy nhiên, trong thực tế, quá trình bốc dỡ gỗ là một quá trình động. Các thao tác như nhấc tải, quay cần, phanh hãm đột ngột sẽ sinh ra các lực quán tính, làm gia tăng đáng kể tải trọng tác dụng lên hệ thống. Yếu tố này được thể hiện qua hệ số ổn định động. Các nghiên cứu trên thế giới, như của tác giả Alecxangdrov V.A, đã chỉ ra rằng tải trọng động có thể lớn hơn tải trọng tĩnh nhiều lần. Do đó, các kết quả tính toán ổn định tĩnh phải được xem là giới hạn lý tưởng. Khi áp dụng vào thực tế, cần phải nhân với một hệ số an toàn (thường nhỏ hơn 1) để bù trừ cho các ảnh hưởng động không được xét đến, đảm bảo an toàn tuyệt đối.

VI. Bí quyết đề xuất quy trình bốc dỡ gỗ an toàn cho MST 600

Từ những kết quả phân tích lý thuyết và tính toán định lượng, có thể xây dựng một bộ quy tắc và quy trình bốc dỡ gỗ an toàn dành riêng cho xe MST-600. Mục tiêu của quy trình này là giảm thiểu mô men lật và tối đa hóa mô men giữ trong mọi thao tác. Nguyên tắc vàng là luôn giữ cho trọng tâm chung của hệ thống càng thấp và càng gần tâm xe càng tốt. Điều này có nghĩa là người vận hành cần ưu tiên làm việc trên địa hình bằng phẳng nhất có thể. Khi phải làm việc trên dốc, nên đặt xe theo hướng dọc dốc thay vì ngang dốc để tận dụng khả năng ổn định dọc tốt hơn. Trong quá trình bốc dỡ, cần thực hiện các thao tác một cách nhẹ nhàng, tránh các chuyển động giật cục. Tải trọng nâng phải luôn tuân thủ nghiêm ngặt biểu đồ tải đã được xây dựng. Hướng nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc thiết kế cơ cấu chống lật bổ sung như chân chống thủy lực (outriggers), hoặc thực hiện các tính toán động lực học chi tiết hơn bằng các công cụ mô phỏng hiện đại để hiểu rõ hơn về hành vi của xe trong điều kiện làm việc thực tế.

6.1. Xây dựng quy trình bốc dỡ gỗ an toàn dựa trên kết quả

Một quy trình bốc dỡ gỗ an toàn cần bao gồm các bước sau: (1) Khảo sát và lựa chọn vị trí làm việc bằng phẳng, ổn định. (2) Nếu phải làm việc trên dốc, luôn đỗ xe sao cho tay thủy lực hoạt động ở phía dốc lên để tăng sự ổn định. (3) Trước khi nâng, ước tính trọng lượng bó gỗ để đảm bảo không vượt quá tải trọng cho phép. (4) Sử dụng biểu đồ tải để xác định tải trọng tối đa ứng với tầm vươn dự kiến. (5) Thực hiện thao tác nâng, hạ và xoay cần một cách từ tốn, liên tục. (6) Khi di chuyển cùng với tải, hạ thấp và thu gọn tay thủy lực hết mức có thể. Tuân thủ những nguyên tắc này sẽ giảm thiểu đáng kể rủi ro tai nạn.

6.2. Tiềm năng cải tiến và thiết kế cơ cấu chống lật hiệu quả

Dựa trên phân tích ổn định, có thể đề xuất các giải pháp cải tiến để tăng cường an toàn cho xe. Giải pháp hiệu quả nhất là thiết kế cơ cấu chống lật chủ động. Việc lắp đặt thêm hai hoặc bốn chân chống thủy lực có thể mở rộng đáng kể mặt phẳng đế tựa của xe, qua đó tăng cường mạnh mẽ mô men giữ và cho phép xe làm việc an toàn với tải trọng lớn hơn hoặc trên địa hình dốc hơn. Một giải pháp khác là bổ sung đối trọng ở phía đối diện với tay thủy lực để giữ cho trọng tâm xe MST-600 không bị dịch chuyển quá nhiều khi mang tải. Những cải tiến này sẽ nâng cao đáng kể tính an toàn và phạm vi hoạt động của thiết bị.

6.3. Hướng nghiên cứu tương lai Mô phỏng và thực nghiệm

Mặc dù phân tích tĩnh cung cấp những cơ sở quan trọng, các nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào tính toán động lực học. Việc sử dụng các phần mềm chuyên dụng như Matlab/Simulink hoặc các công cụ phân tích phần tử hữu hạn cho phép mô phỏng chính xác hơn các lực quán tính và dao động của hệ thống trong quá trình làm việc. Kết quả mô phỏng có thể được kiểm chứng bằng các thử nghiệm thực tế với các cảm biến đo lường lắp đặt trên xe. Hướng đi này sẽ cung cấp một cái nhìn sâu sắc và toàn diện hơn về hành vi động của xe gắp gỗ tự hành, cho phép tối ưu hóa thiết kế và xây dựng các quy trình vận hành an toàn hơn nữa, tiệm cận với điều kiện làm việc thực tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về công nghệ khai thác và thiết bị bốc dỡ gỗ ở Việt Nam và trên thế giới Khai thác gỗ là quá trình biến đổi cây đứng thành sản phẩm. Rồi chuyển chúng từ rừng đến một địa điểm tiêu thụ nào đó. Đồng thời là cầu nối giữa tài nguyên rừng và công nghiệp sử dụng gỗ làm nguyên liệu như công nghiệp chế biến gỗ, công nghiệp sản xuất giấy, xây dựng.

Khai thác gỗ bao gồm hàng loạt các khâu công việc rất nặng nhọc, nguy hiểm. Do vậy, để cải thiện điều kiện làm việc và nâng cao năng suất lao động, người ta luôn tìm cách cải tiến công cụ và phương pháp làm việc, như đưa máy móc thiết bị vào trong khai thác rừng. Một thực tế là khi đưa máy móc vào khai thác rừng năng suất lao động sẽ tăng lên, giảm giá thành cải thiện được điều kiện làm việc của người lao động nhưng mặt khác sẽ gây ra nhiều tác động xấu đến đất rừng và các cây còn lại. Để lợi dụng tài nguyên rừng một cách lâu dài, bền vững thì việc cơ giới hoá các hoạt động khai thác rừng cần được thực hiện một cách có tổ chức theo một kế hoạch cụ thể, để giảm thiểu tối đa các tác động xấu đến môi trường rừng, đảm bảo các cây con có thể tồn tại và phát triển được.

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 gỗ 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[8]: - 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 qui cách sản phẩm, bốc lên phương tiện và vận chuyển đến nơi tiêu thụ. 4 - Công nhệ khai thác gỗ dài (tree-length method): cây gỗ sau khi hạ được cắt cành, ngọn tại nơi chặt hạ rồi được vận xuất ra bãi gỗ. Tại bãi gỗ chúng được cắt khúc theo qui cách sản phẩm, bốc lên phương tiện và vận chuyển đến nơi tiêu thụ. - Công nghệ khai thác gỗ ngắn (short wood method): toàn bộ các thao tác hạ cây cắt cành, ngọn và cắt khúc theo qui cách sản phẩm đều được thực hiện tại nơi chặt hạ.

Sau đó, các khúc gỗ được vận xuất đến bãi gỗ rồi bốc lên phương tiện vận chuyển về nơi tiêu thụ. Căn cứ vào điều kiện tự nhiên, điều kiện trang bị phương tiện, nhân công và yêu cầu về bảo vệ môi trường mà lựa chọn loại hình công nghệ khai thác phù hợp với tình hình thực tiễn. Tổng quan về công nghệ, thiết bị khai thác bốc dỡ 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 (LHM) 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 Brazil, Tanzania, Ethiopia…, người ta đã thiết kế và chế tạo được nhiều loại TTL 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.

TTL có thể thực hiện được 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.

Thông thường người ta dùng cưa xăng hạ cây bằng 5 cách cắt gốc và sử dụng LHM 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.1: TTL trong công nghệ khai thác gỗ nguyên cây Trong công nghệ khai thác gỗ dài và gỗ ngắn, TTL được ứng dụng trong LHM chặt hạ - cắt khúc và LHM bốc dỡ - vận xuất. LHM chặt hạ - cắt khúc cấu tạo gồm TTL 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. LHM bốc dỡ - vận xuất có cấu tạo gồm các bộ phận tương tự như TTL ở LHM 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 LHM trên còn có thể thực hiện việc bốc dỡ gỗ cho các phương tiện khác (Hình 1.2: TTL trong công nghệ khai thác gỗ dài và gỗ ngắn 6 a.

TTL trong LHM chặt hạ - cắt khúc thực hiện việc cắt cành ngọn b. TTL trong LHM chặt hạ - cắt khúc thực hiện việc cắt khúc c. TTL trong LHM bốc dỡ - vận xuất thực hiện việc bốc gỗ Trong các loại TTL thì TTL trong LHM bốc dỡ - vận xuất được sử dụng rộng rãi hơn cả vì có tính cơ động cao. Khi trang bị cho LHM này một rơ-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, LHM có trang bị TTL loại này có thể sử dụng cho cả ba loại hình công nghệ khai thác gỗ. Ở Brazil người ta áp dụng cả ba loại hình nêu trên trong việc khai thác gỗ rừng trồng. Loại hình khai thác gỗ gắn được áp dụng chủ yếu trong khai thác rừng bạch đàn. Để tăng năng suất, giảm giá thành trong khâu chặt hạ người ta tổ chức nhóm làm việc hai người: Một người hạ cây và cắt khúc bằng cưa xăng, người còn lại dùng búa để chặt cành.Việc tập trung gỗ từ nơi chặt hạ về các bãi gỗ nhỏ ven đường hoặc kho gỗ được thực hiện bằng máy kéo bánh hơi lâm nghiệp hoặc máy kéo bánh hơi nông nghiệp được trang bị thêm rơ moóc, tay thuỷ lực để bốc và chở gỗ.

Loại hình khai thác gỗ dài, việc hạ cành, cắt cành ngọn được thực hiện ở nơi chặt hạ bằng việc sử dụng cưa xích, sau đó các thân cây được kéo tập trung về kho gỗ hoặc các bãi gỗ nhỏ ven đường bằng máy kéo nông nghiệp có trang bị thêm TTL. Còn loại hình khai thác gỗ nguyên cây, là sau khi các cây được hạ bằng các máy hạ cây chuyên dùng chúng được kéo về kho gỗ cùng với cả cành và tán bằng máy kéo vận xuất chuyên dùng theo phương pháp nửa lết. Đến bãi gỗ, các cây này được tiếp tục kéo qua cổng chặt cành, tại đây nhờ các kết cấu cắt hợp lý, các cành nhánh được cắt ra khỏi thân cây. Sau đó bó gỗ đã sạch cành nhánh tiếp tục được chuyển đến vị trí cắt khúc.

Việc cắt khúc ở bãi gỗ được thực hiện bằng cưa xích. 7 Việc vận chuyển gỗ từ các bãi gỗ đến nơi tiêu thụ ở Brazil được thực hiện chủ yếu bằng xe vận tải chuyên dùng theo nhiều dạng khác nhau như: Xe tải không rơ moóc, xe tải sơ mi rơ moóc, xe tải kéo theo một hoặc hai rơ moóc. Còn việc bốc dỡ trên các kho gỗ hầu như được cơ giới hoá bằng các cần trục thuỷ lực cố định. Tổng quan về phương pháp bốc dỡ gỗ ở Việt Nam - Phương pháp bốc dỡ gỗ thủ công Cây gỗ sau khi được chặt hạ được bốc trực tiếp lên các phương tiện vận chuyển bằng chính sức lực của người công nhân.

Ở một số nơi địa hình phức tạp hơn thì gỗ sau khi được khai thác sẽ được cắt khúc ngay tại địa điểm khai thác hoặc được đưa đến bãi gỗ tạm thời rồi mới được cắt khúc. Sau khi cắt khúc gỗ được xếp thành đống ngay bên đường vận chuyển. Gỗ khúc được bốc lên rơmooc cũng bằng sức lực của người công nhân, thường thì cứ hai người công nhân bốc một khúc gỗ (Hình 1.3: Phương pháp bốc gỗ thủ công Ưu điểm: Thực hiện đơn giản, không cần đầu tư trang thiết bị máy móc Nhược điểm: Năng suất bốc gỗ thấp, cần nhiều công nhân, tốn sức lực, gây nguy hiểm. 8 - Phương pháp bốc hầm Khi bốc gỗ theo phương pháp này thì ôtô hoặc máy kéo được tiến vào hầm.

Khi xe đã vào vị trí ổn định thì người công nhân dùng đòn bẩy để đẩy khúc gỗ vào thùng xe hoặc rơmooc vận chuyển.4: Phương pháp bốc hầm Ưu điểm: Thực hiện đơn giản, năng suất tương đối cao. Nhược điểm: Chỉ áp dụng được ở mùa khô, lực va đập giữa khúc gỗ và rơmooc, thùng xe lớn. - Phương pháp bốc dỡ gỗ bằng tời cáp Bốc dỡ bằng tời cáp có thể được thực hiện theo phương pháp bốc ngang hoặc bốc dọc tuỳ thuộc vào điều kiện địa hình, loại gỗ. Trên một số loại máy kéo cỡ lớn thường có trang bị thêm thiết bị tời cáp để thực hiện bốc dỡ gỗ.

Trong phương pháp bốc dọc trên máy kéo thường được bố trí một tời, một cần trục chữ A, đối với loại xe tải cần trục chữ A có thể được bố trí ngay sau thành trước của thùng phía sau buồng lái, tời được dẫn động bằng hệ thống ròng rọc dẫn hướng lắp phía trên một tay đòn. Quá trình bốc dỡ gỗ được thực hiện bằng hệ thống cáp dẫn động từ tời qua các ròng rọc dẫn hướng, một đầu của cáp được trang bị thêm móc để móc vào cây gỗ hoặc bó gỗ được buộc sẵn. Trống tời có thể được dẫn động bằng hệ thống thuỷ lực 9 hoặc bằng cơ có thể thực hiện quay theo hai chiều ngược nhau để quấn cáp hoặc nhả cáp. Để bốc gỗ trống tời hoạt động theo chiều quấn cáp.

Khi tời hoạt động gỗ sẽ được kéo về phía thùng xe. Khi gần tới thùng xe bó gỗ sẽ di chuyển theo trạng thái nửa lết sau đó một đầu bó gỗ sẽ được kéo lên máng kê và được kéo lên thùng xe.5: Phương pháp bốc gỗ bằng thiết bị tời cáp Trong phương pháp bốc ngang, người ta thiết kế hai thanh đà đặt cạnh rơmooc làm đường dẫn hướng cho gỗ lên sàn xe, gỗ được kéo lên là nhờ nguồn động lực của tời cáp qua các ròng rọc dẫn hướng lắp trên khung đỡ của máy kéo. - Phương pháp bốc dỡ gỗ dùng cần cẩu Phương pháp bốc dùng cần cẩu cơ khí có thể bốc được các khúc gỗ đơn hoặc bó gỗ.