BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

ĐINH BÁ BÁCH

NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ
ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG KHI
VẬN XUẤT GỖ RỪNG TỰ NHIÊN BẰNG MÁY KÉO XÍCH
CÓ TRANG BỊ CẦN NGOẠM, THEO PHƯƠNG PHÁP
KÉO NỬA LẾT

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, 2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

ĐINH BÁ BÁCH

NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ
ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG KHI
VẬN XUẤT GỖ RỪNG TỰ NHIÊN BẰNG MÁY KÉO XÍCH
CÓ TRANG BỊ CẦN NGOẠM, THEO PHƯƠNG PHÁP
KÉO NỬA LẾT

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa nông lâm nghiệp
Mã số: 60 52 14

chiếm 4% ( FAO 2005) [23].
Hiện nay rừng tự nhiên nước ta có thể khai thác được chủ yếu nằm
ở vùng sâu, vùng xa, địa hình dốc, chia cắt nhiều, do đó khâu vận xuất gỗ
gặp rất nhiều khó khăn. Để khai thác rừng tự nhiên một cách hiệu quả TS. Nguyễn Văn Quân cùng các cán bộ thuộc khoa Cơ điện và Công trình trường Đại học Lâm nghiệp được giao thực hiện đề tài nghiên cứu 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


2

xấu đến môi trường xung quanh”. Một trong những nội dung của đề tài là
nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị tời cáp, càng ngoạm lắp trên máy kéo
bánh xích DT75 phục vụ vận xuất gỗ rừng tự nhiên nhằm nâng cao tỷ lệ tận
dụng của gỗ, giảm thiểu tác động đến môi trường.
Do thiết bị chuyên dùng được lắp trên máy kéo bánh xích nên có khả
năng làm việc được trên những địa hình khó khăn phức tạp và phù hợp với
đối tượng gỗ tự nhiên có kích thước lớn. Tuy nhiên, khi chế tạo và lắp ráp
thêm thiết bị chuyên dùng lắp phía sau máy kéo sử dụng vào việc vận xuất gỗ
đã làm thay đổi một số thông số kỹ thuật của máy kéo xích.
Để góp phần hoàn thiện thiết kế và từng bước đưa thiết bị vào thực tiễn
sản xuất đảm bảo liên hợp máy kéo DT75 với thiết bị ngoạm vận xuất gỗ ở
các loại địa hình và tải trọng khác nhau, rất cần thiết phải nghiên cứu các yếu
tố ảnh hưởng đến năng suất và chi phí năng lượng riêng nhằm xác định được
các thông số hợp lý của liên hợp máy khi lắp thêm thiết bị chuyên dùng để
vận xuất gỗ rừng tự nhiên cho năng suất cao, hạ giá thành góp phần đưa được
sản phẩm chế tạo vào thực tiễn sản xuất.
Với những lý do trên chúng tôi thực hiện luận văn tốt nghiệp với đề tài:
“Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số yếu tố đến năng suất và chi phí năng
lượng riêng khi vận xuất gỗ rừng tự nhiên bằng máy kéo xích có trang bị cần
ngoạm, theo phương pháp kéo nửa lết”.


- Phương pháp chở gỗ (Forwading): là phương pháp mà toàn bộ tải
được đặt trên các xe chở gỗ có bánh và được đưa về nơi tập trung bằng sức
người, sức súc vật hoặc bằng máy kéo.

Hình 1.2: Vận xuất gỗ theo phương chở gỗ
b. Căn cứ vào hiện trạng cây gỗ sẽ có các hình thức:
- Vận xuất gỗ khúc (Short wood): gỗ vận xuất được cặt thành khúc theo
tiêu chuẩn gỗ thương phẩm rồi được chuyển ra bãi gỗ;
- Vận xuất gỗ dài (Tree length): cây gỗ sau khi hạ được cắt ngọn rồi cả
thân cây được đưa về bãi gỗ, việc cắt khúc sẽ được thực hiện trên bãi gỗ.

Hình 1.3: Vận xuất gỗ khúc và vận xuất gỗ dài
- Vẫn xuất gỗ nguyên
cây (Full tree): Sau khi chặt
hạ, cây gỗ còn nguyên cả cành
và tán được chuyển ra bãi gỗ,
tại đây chúng được cắt cành và
cắt khúc.
Hình 1.4: Vận xuất gỗ nguyên cây


5

Ở các nước có nền công nghiệp phát triển, người ta đã chế tạo và sản
xuất hàng loại các loại máy kéo chuyên dùng sử dụng cho vận xuất gỗ rừng tự
nhiên. Đó thường là các máy có công suất lớn, tính ổn định và khả năng bám
cao, cơ động, làm việc tin cậy và cho năng suất cao. Trong những năm gần
đây nhiều loại máy kéo lâm nghiệp đã được chế tạo và đưa vào sản xuất. Các
máy kéo lâm nghiệp dùng trong vận xuất gỗ rất đa dạng, song có thể phân

ra máy kéo dùng để vận xuất gỗ
mang nhãn hiệu Timberjack Norcar,

Hình 1.9: Máy kéo Tigercat 1065

Somet, Valmet, Tigercat).
Ở Thụy Điển đã chế tạo và áp dụng rộng rãi máy kéo Volvo kéo rơmooc
một trục có trang bị tay thuỷ lực. Liên hợp máy này có kết cấu hợp lý, làm
việc linh hoạt nhờ bốn bánh xe của rơmooc được bố trí trên 2 trục của đòn cân
bằng có thể quay tương đối với khung xe. Loại máy này được sử dụng trong
công việc vận xuất, vận chuyển gỗ trên cự ly ngắn.


7

Hình 1.10: Máy kéo VOLVO
Ở Canada, người ta đã sử
dụng máy kéo Timberjack 201 để
vận xuất gỗ trên địa hình có độ dốc
tương đối lớn.
Ở Đức đã sản xuất và sử
dụng máy kéo MG 25 công suất
25 - 34 mã lực, vận xuất gỗ ở nơi

Hình 1.11: Máy kéo Timberjack

có độ dốc tới 40%.
Ở nhiều nước trên thế giới như Nga, Phần Lan, Nauy, Italia, Canada,
Australia, Newzealand cũng áp dụng rộng rãi máy kéo vận xuất gỗ với số
lượng ngày càng tăng.

để vận xuất gỗ.
Năm 1972 tiến sĩ Nguyễn Kính Thảo và tập thể cán bộ giảng dạy
Trường đại học Lâm nghiệp đã nghiên cứu, chế tạo thành công máy kéo
khung gập L35 với thiết bị tời cáp để vận xuất gỗ.
Năm 1985 tiến sĩ Nguyễn Kính Thảo và các đồng nghiệp ở Viện khoa
học Lâm nghiệp đã nghiên cứu, chế tạo tời 1 trống dẫn động từ trục thu công
suất và rơ moóc 1 trục lắp sau máy kéo Zeto để bốc gỗ và vận xuất gỗ theo
kiểu xe REO.
Năm 1994, PGS. TS. Nguyễn Nhật Chiêu cùng một số cán bộ giảng
dạy Trường Đại học Lâm nghiệp đã nghiên cứu thành công đề mục thuộc đề
tài cấp Nhà nước KN-03-04, đã thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm sản xuất
thiết bị vận xuất, bốc dỡ vận chuyển để khai thác vùng nguyên liệu giấy,
vùng gỗ nhỏ rừng trồng kiểu rơ moóc một trục lắp sau máy kéo MTZ - 50 có
thiết bị tời cáp và cơ cấu nâng gỗ thuỷ lực để vừa gom gỗ từ xa, vừa tự bốc
cho rơ moóc [15].
Năm 1997 nhóm cán bộ giảng dạy Bộ môn máy Lâm nghiệp, trường
Đại học Lâm nghiệp đã thiết kế, chế tạo thiết bị chuyên dùng: tời cơ khí 1
trống và cần treo gỗ hình chữ A lắp cho máy kéo DFH - 180 để vận xuất gỗ
nhỏ rừng trồng.
Tác giả Nguyễn Văn An [12] đã nghiên cứu về ảnh hưởng của độ mấp
mô mặt đất và tốc độ chuyển động đến phản lực pháp tuyến lên cầu trước của
máy kéo DFH - 180 khi vận xuất gỗ rừng trồng.


10

Tác giả Phạm Minh Đức [18] đã nghiên cứu về khả năng kéo, bám của máy
kéo DFH - 180 khi sử dụng rơmoóc một trục để vận chuyển gỗ nhỏ rừng trồng.
Tác giả Nguyễn Tiến Đạt [17] đã xây dựng mô hình và tính toán dao động
của máy kéo công suất nhỏ khi vận xuất gỗ theo công nghệ vận xuất gỗ dài.


Chương 2
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI GIỚI HẠN
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu chính của luận văn là xác định quy luật và mức độ
ảnh hưởng của một số yếu tố đến năng suất và chi phí năng lượng riêng khi
vận xuất gỗ rừng tự nhiên bằng máy kéo xích có trang bị cần ngoạm, theo
phương pháp kéo nửa lết, từ đó xác định trị số tối ưu của các yếu tố ảnh
hưởng để đạt được năng suất cao nhất và chi phí năng lượng riêng nhỏ nhất.
Đồng thời luận văn còn xác định:
- Hệ số ma sát (f) giữa gỗ và đất khi vận xuất;
- Hệ số phân bố tải trọng của khúc gỗ khi vận xuất gỗ theo phương
pháp kéo nửa lết.
2.2. Đối tượng và phạm vi, giới hạn nghiên cứu
2.2.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là càng ngoạm lắp trên máy kéo bánh
xích DT75 phục vụ vận xuất gỗ rừng tự nhiên theo phương pháp kéo nửa lết
do đề tài cấp bộ thiết kế, chế tạo (hình 2.1). Đặc tính và các thông số kỹ thuật
máy như sau:

Hình 2.1: Càng ngoạm lắp trên máy kéo bánh xích DT75


13

Máy kéo DT – 75 là loại máy kéo xích công dụng chung, cấp lực kéo 3
(tấn). Trên máy có thể đặt động cơ SMD - 14 hoặc SMD - 14 NG, thuộc loại
động cơ diezel 4 xi lanh, 4 kỳ làm mát bằng nước. Động cơ SMD - 14 có
buồng xoáy, còn động cơ SMD - 14NG nhiên liệu phun trực tiếp vào buồng


Tốc độ di chuyển (km/h)
Số truyền 1
Số truyền 2
Số truyền 3
Số truyền 4
Số truyền 5
Số truyền 6
Số truyền 7
Số lùi
Với bộ phận tăng mô men quay
Số truyền 1
Số truyền 2
Số lùi
Với hộp giảm tốc đảo chiều
Số truyền 1

ĐC SMD - 14 NG
5,45
6,08
6,77
7,52
8,37
9,32
11,60
4,67

ĐC SMD - 14
5,15
5,74

4,05
4,50
5,01
5,57
6,88

Lực kéo khi làm việc ở công suất
danh định của động cơ, KG
Số truyền 1
Số truyền 2
Số truyền 3
Số truyền 4
Số truyền 5
Số truyền 6
Số truyền 7

4,52
5,03
5,54
6,23
6,94
8,54

3000
2620
2300
2020
1710
1490
1110

1700

Số xi lanh

4

4

Đường kính xi lanh (mm)

120

Hành trình Piston, (mm)

140

Dung tích làm việc của xi lanh, lít

6,33

Tỷ số nén

17

Suất tiêu hao nhiên liệu (g/mã lực.h)

185

190


(568 vòng/phút) theo chiều kim đồng hồ

Máy kéo DT - 75 thường được trang bị bộ phận chuyên dùng là ben ủi để
san gạt phục vụ giao thông và xây dựng… Các thông số kỹ thuật của ben lắp
trên máy kéo DT - 75 như sau:
Bảng 2.4: Đặc tính kỹ thuật của ben lắp trên máy kéo DT - 75
Mã hiệu

DZ - 42

DZ - 43

Ben không quay được

Ben quay được

Chiều dài ben (m)

2,56

3,5

Độ cao ben (m)

0,804

0,8

Độ cao nâng ben (m)


Vận tốc tiến (km/h)

5.15 /10.05

11,49

Vận tốc lùi (km/h)

4.41

4,35


16

a. Cấu tạo của càng ngoạm lắp trên máy kéo xích
Đề tài nghiên cứu cấp bộ đã thiết kế, chế tạo càng ngoạm gỗ lắp trên
máy kéo xích tạo ra thiết bị vận xuất gỗ rừng tự nhiên (Hình 2.2).

Hình 2.2: Sơ đồ cấu tạo của liên hợp máy kéo và càng ngoạm
lắp sau máy kéo DT 75 vận xuất gỗ
1. Máy kéo cơ sở; 2. Khung chính; 3. Hộp giảm tốc; 4. Động cơ thuỷ lực;
5. Cần treo ngoạm; 6. Khớp nối; 7. Khung ngoạm; 8. Càng ngoạm;
9. Xylanh nâng hạ cần; 10. Rulô đỡ cáp; 11. Khung đỡ cần.
Liên hợp máy thiết kế có cấu tạo gồm các bộ phận chính như sau: Khung
chính số 2 được lắp chặt với khung máy kéo cơ sở bởi các bulông. Thiết bị tời


17




19

2.2.2. Phạm vi, giới hạn nghiên cứu
Năng suất và chi phí năng lượng riêng khi vận xuất gỗ rừng tự nhiên
bằng máy kéo xích có trang bị cần ngoạm, theo phương pháp kéo nửa lết, phụ
thuộc vào rất nhiều yếu tố: “Tải trọng chuyến; vận tốc dịch chuyển; độ dốc
địa hình; cự ly vận xuất …”[2;9]. Do điều kiện và thời gian thực hiện có hạn
nên luận văn chỉ tập trung nghiên cứu 2 yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến
năng suất và chi phí năng lượng riêng là tải trọng chuyến (Q) và độ dốc địa
hình (). Hai yếu tố này có thể khống chế được trong quá trình nghiên cứu.
Còn các yếu tố khác được giới hạn trong một khoảng nhất định, coi như
không thay đổi.
2.3. Phương pháp nghiên cứu
Sau khi xác định được mục tiêu nghiên cứu, điều quan trọng sau đó là
chọn được phương pháp nghiên cứu phù hợp để giảm bớt được chi phí nghiên
cứu mà vẫn đảm bảo được độ tin cậy của kết quả. Theo [6;21] nghiên cứu
khoa học được chia ra:
Nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng; nghiên cứu lý thuyết và
nghiên cứu thực nghiệm.
Theo đó, nghiên cứu cơ bản có mục đích phát hiện ra tính qui luật mà
đến trước khi nghiên cứu chưa biết trong thiên nhiên. Nghiên cứu ứng dụng là
pha tiếp theo của nghiên cứu cơ bản. Thông qua chúng để thu nhận các hiểu
biết mới hoặc vận dụng kiến thức đã có vào thực tế sản xuất.
Trong thời đại ngày nay, nghiên cứu ứng dụng là phần đáng kể hơn
trong quá trình chung của việc sáng tạo ra kỹ thuật mới. Nó là cơ sở để tiếp
nhận số liệu, tư tưởng, mẫu và những cái khác được đưa ra. Thông qua chúng,
các đối tượng, máy móc, qui trình công nghệ mới được thiết kế và đề xuất.
Bởi thế phần lớn các nghiên cứu kỹ thuật theo bản chất của chúng là nghiên

cách riêng rẽ sẽ theo từng yếu tố. Mặc dù có trong tay một tập hợp các
phương trình thực nghiệm đơn yếu tố nhưng vì chúng chỉ là những trường


21

hợp riêng nên không cho kết quả chặt chẽ về mức độ ảnh hưởng của từng yếu
tố trong mối tác động qua lại giữa chúng cũng không thể tìm kiếm phương án
phối hợp tối ưu các yếu tố ảnh hưởng.
Nhược điểm của phương pháp nghiên cứu cổ điển là khi nghiên cứu
không thấy được hướng chuyển dịch của quá trình lúc tìm các điều kiện tối ưu
theo quan điểm này các thực nghiệm đó thuộc loại “thụ động”.
Vì thấy rõ những nhược điểm của phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
cổ điển chúng tôi chọn phương pháp nghiên cứu thực nghiệm mà trong đó tiến
hành khảo nghiệm máy, thu thập số liệu một cách chủ động theo một kế hoạch
và chiến lược xác định trước, đó là phương pháp qui hoạch thực nghiệm.
Theo [21] quy hoạch thực nghiệm là cơ sở phương pháp luận của nghiên
cứu thực nghiệm hiện đại. Đó là phương pháp nghiên cứu mới trong đó công
cụ toán học giữ vai trò tích cực. Cơ sở toán học, nền tảng lý thuyết của qui
hoạch thực nghiệm là toán thống kế với hai lĩnh vực quan trọng là phân tích
phương sai và phân tích hồi qui.
Từ những phân tích trên chúng tôi quyết định sử dụng phương pháp
nghiên cứu quy hoạch thực nghiệm và tiến hành thí nghiệm theo kế hoạch thí
nghiệm được xác lập. Từ những kết quả thí nghiệm thu được chúng tôi tính
toán và tìm ra quy luật và mức độ ảnh hưởng của yếu tố nghiên cứu.


22

Chương 3

(3.1)


23

1 – Hệ số sử dụng tải trọng;
Q – Tải trọng chuyển danh nghĩa, (Tấn)

t

– Thời gian thực hiện một chuyến kéo, (s)

 – Trọng lượng riêng của gỗ vận xuất, (Tấn/m3).
Thời gian thực hiện một chuyến kéo được xác định bằng công thức:

t  t

1

 t 2  t3  t 4  t5

(3.2)

Trong đó:
t1 – Thời gian kẹp gỗ
t1 = th + tm + tđ
th - thời gian hạ ngoạm; th =

(3.3)
h

t3 – Thời gian máy chạy có tải
t4 – Thời gian máy chạy không tải

(3.4)