BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
-----------------------------------------

VŨ VĂN CẢNH

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ VỀ CẤU TẠO
VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY KHOAN HỐ TRỒNG CÂY
LẮP TRÊN MÁY KÉO SHIBAURA SD 3100A

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

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2010


1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Như chúng ta đã biết rừng có rất nhiều tác dụng trong đời sống, sản xuất
và đặc biệt là vấn đề sinh tồn của con người, như sản xuất ra sản phẩm phục
vụ xã hội, cân bằng sinh thái, bảo vệ môi trường tự nhiên. Nhưng hiện nay
rừng của nước ta ngày càng bị tàn phá và thu hẹp do nhiều nguyên nhân khác
nhau đó là do bị chiến tranh tàn phá, do khai thác quá mức lại không có kế
hoạch trồng và bảo vệ rừng phù hợp, do hiện tượng du canh du cư phá rẫy
làm nương của đồng bào dân tộc thiểu số, do lâm tặc hoành hành và đặc biệt

quản và chế biến..., trong đó khâu làm đất trồng rừng đóng vai trò vô cùng
quan trọng, quyết định tới 25 % năng suất của cây trồng.
Trong quá trình trồng rừng, làm đất là khâu nặng nhọc, vất vả, đòi hỏi chi
phí nhiều năng lượng, mặt khác đối với những vùng đất đồi núi trọc bề mặt
đất thường bị trai cứng cho nên công việc này càng rất khó khăn. Để giảm bớt
khó khăn trong quá trình làm đất và đẩy mạnh việc trồng rừng thì việc cơ giới
hoá khâu làm đất là hết sức quan trọng. Một trong những biện pháp cơ giới
làm đất là khoan hố trồng cây, để giảm chi phí và cải thiện điều kiện làm việc
thì việc nghiên cứu áp dụng cơ giới hoá trong khâu khoan hố là một bài toán
cần thiết . trong lĩnh vực này thì còn rất nhiều vấn đề cần nghiên cứu nhưng
vấn đè cần quan tâm nhất là cấu tạo bộ phận dao cắt sao cho khi khoan hố
giảm tiêu hao công suất và đảm bảo độ tơi xốp của đất thành hố nghĩa là giảm
được chi phí năng lượng,tiết kiệm nhiên liệu góp phần hạ giá thành trồng
rừng, đồng thời làm cho cây mới trồng được phát triển bình thường, tỷ lệ cây
sống cao, tăng trưởng nhanh.Nghiên cứu một số thông số về cấu tạo lưỡi
khoan của máy khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo Shibaura hiện nay là một
việc hết sức cần thiết, Để nâng cao năng suất và hiệu quả sử dụng của máy
khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo Shibaura SD 3100 đang được sử dụng
phổ biến tại Việt Nam. Đồng thời xuất phát từ những cơ sở khoa học và thực
tiễn trên, tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu một số về cấu tạo và chế độ làm
việc của máy khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo Shibaura SD 3000A "


3

Kết quả nghiên của đề tài sẽ là tài liệu cần thiết cho việc tính toán, thiết
kế và cải tiến một số lưỡi khoan, nhằm mục đích giảm tiêu hao công suất tiến
tới giảm chi phí năng lượng cho việc khoan hố trồng cây và đảm bảo cây trồng
phát triển tốt nhất.
* Ý nghĩa khoa học của đề tài

số nhược điểm sau: Tốn nhiều công sức, đầu tư lớn, dễ gây sói mòn đất. Vì
vậy phương pháp này chỉ phù hợp ở những vùng đất tương đối bằng phẳng và
có độ dốc nhỏ như vùng đất hoang hoá, đồng cỏ, ruộng bậc thang đã được thi
công.
+ Làm đất cục bộ: Là phương pháp làm đất mà người ta chỉ tác động lên
một phần đất canh cụ thể là tác tuỳ theo điều kiện địa hình mà có thể cày theo
băng hoặc cày theo đám, phương pháp này có ưu điểm là ít gây sói mòn, tiết
kiệm nhân công.
Ở nước ta hiện nay, công tác trồng rừng thường được tiến hành một cách
phân tán với quy mô nhỏ và chu yếu trên hai loại đất chính sau:


5

- Đất trồng đồi trọc, đất bạc mầu lẫn đá, tầng đất canh tác mỏng, độ dốc lớn.
- Đất rừng sau khai thác, độ dốc lớn, lẫn gốc cây có thảm thực vật che phủ
Từ việc nghiên cứu các loại hình công nghệ làm đất cho ta thấy, tuỳ thuộc
vào đỉều kiện địa hình, địa chất đất trồng, quy mô sản xuất cũng như khả năng
đầu tư tài chính thì việc nghiên cứu sử dụng các thiết bị khâu làm đất cũng
khác nhau.
1.1 Tình hình nghiên cứu và áp dụng cơ giới hóa khâu làm đất trồng rừng
1.1.1. Trên thế giới
Ở trên thế giới việc nghiên cứu các thiết bị cơ giới hoá làm đất trồng
rừng tiến hành theo 2 hướng sau:
+ Nghiên cứu, thiết kế chế tạo các thiết bị chuyên dùng để làm đất nông nghiệp:
- Cày không lật đất T.C.Malxev (Nga).
- Cày trên đất lẫn đá: Là loại cày cheo 4 lưỡi tự lựa. Mỗi thân cày trang
bị cơ cấu tự lựa để khi gặp đá, gốc, rễ cây thì giúp lưỡi cày nâng lên hoặc
trượt qua như cày PKC-4-35, PNK-3-5, PKY-4-3.
- Cày cân bằng: Làm việc trên đất dốc, khi cày chạy theo hình con thoi.

thiết bị công tác của các loại máy này có thể xem xét cải tiến để phù hợp với
điều kiện đất rừng Việt Nam.
1.1.2. Ở Việt Nam
Việc nghiên cứu sử dụng các thiết bị cơ giới hoá vào khâu công việc
này đã được các nhà khoa học lâm nghiệp quan tâm từ lâu:
Giai đoạn 1960 – 1970, trong việc làm đất trồng rừng đã bước đầu thử
nghiệm sử dụng các thiết bị cơ giới như: Máy khoan hố trồng cây Molorbot
(Tiệp Khắc), ES-35B (CHDC Đức), cày NKB-2-54M lắp sau máy kéo DT54A (Liên Xô) cày toàn diện theo đường đồng mức để làm đất trồng rừng
Bạch Đàn ở một số tỉnh phía Bắc.
Giai đoạn 1971 – 1980, ngành lâm nghiệp đã nghiên cứu sử dụng máy
kéo DT-75 và T-100 để làm bậc thang trên đồi trọc có độ dốc từ 15-30 0 . Sau
đó để đáp ứng nhu cầu làm đất trồng rừng ngày càng tăng, PGS.TS Nguyễn
Thanh Quế đã nghiên cứu chế tạo cày ngầm CN-1 và CN-2 lắp sau máy kéo


7

DT-54 và DT-75 với độ cày sâu đạt 40  45 cm và đã đưa vào thử nghiệm ở
một số địa phương. Nhưng do khả năng đầu tư còn hạn chế, cơ chế sản xuất
kinh doanh thay đổi, quy trình công nghệ chưa được nghiên cứu một cách đầy
đủ nên kết quả của đề tài chưa được sử dụng rộng rãi.
Việc áp dụng thử nghiệm các máy khoan hố trồng cây cầm tay của
nước ngoài vào điều kiện nước ta tỏ ra không phù hợp vì: Trọng lượng máy
và độ rung lớn, không phù hợp với thể lực người Việt Nam; Công suất nhỏ,
không khoan được ở những loại đất cứng khá đặc trưng cho đất đồi núi ở
nước ta; Khi tạo hố lưỡi khoan miết vào thành hố tạo nên một lớp đất chặt
quanh thành hố ảnh hưởng xấu đến khả năng sinh trưởng của cây trồng. Vì
vậy việc tiến hành nghiên cứu cải tiến các máy khoan hố theo hướng khác
phục những nhược điểm trên để có thể đưa vào sử dụng trong sản xuất.
Trong những năm gần đây. Cơ giới hoá làm đất trồng rừng đã phát triển

khiển. Thông thường cấu tạo máy khoan hố gồm 3 bộ phận chính: Nguồn
động lực, hệ thống truyền lực và lưỡi khoan, ví dụ một số loại mấy khoan hố
trồng cây có trên thế giới:
Máy khoan hố trồng cây ES – 35B của Đức sử dụng nguồn động lực là
động cơ xăng 2 kỳ có công suất 2,5 mã lực. Sơ đồ nguyên lý của máy (hình
1.1)

Hình 1.1- Sơ đồ nguyên lý máy khoan hố trồng cây ES – 35B
1- Động cơ xăng 2 kỳ; 2- Côn ly tâm; 3- Bộ truyền bánh răng côn;
4- Khớp nối; 5- Hộp giảm tốc bánh răng trụ; 6- Mũi khoan;
7- Tay điều khiển.


9

Nguyên lý hoạt động của máy khoan hố trồng cây ES – 35B như sau:
Mômen được truyền từ trục khuỷu của động cơ 1, qua côn ly tâm 2, qua
bộ truyền bánh răng côn 3 để thay đổi phương truyền momen, qua khớp nối 4,
qua hộp giảm tốc 5, tại đầu ra của trục thứ cấp hộp giảm tốc 5 có vận tốc quay
nhỏ còn mômen lớn đảm bảo đủ lớn để truyền cho mũi khoan số 6 quay tròn
và thực hiện cắt đất. Hành trình tiến sâu vào đất là nhờ trọng lượng của máy
và kết hợp với lực tỳ của tay người khoan cầm vào tay 7 với những nơi đất
rắn chắc. Năng suất của loại máy này có thể đạt được (800 – 1000) hố trong
một ngày. Loại máy này có ưu điểm là tính cơ động cao, chi phí nhiên liệu
thấp. Tuy nhiên, còn có một số nhược điểm là khi khoan sẽ tạo ra mômen
ngược chiều quay tác động lên tay người điều khiển máy làm cho người điều
khiển máy phải làm việc rất nặng nhọc. Máy có công suất nhỏ nên khi làm
việc trên vùng đất rắn chắc thì năng suất không cao, chất lượng hố thấp.
Hiện nay ở các nước phát triển trên thế giới đã sản xuất ra các loại máy
khoan hố trồng cây cầm tay 2 người điều khiển (hình 1.2), nhưng do máy sử

1.1.2. Ở Việt Nam
Ở nước ta hiện nay cũng nhập khá nhiều các loại máy khoan hố của các
nước trên thế giới, xong việc áp dụng và thử nghiệm vào điều kiện nước ta tỏ
ra không phù hợp do: Với máy cầm tay thì không phù hợp với thể lực người


12

Việt Nam, công suất nhỏ; Đối với máy khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo
khi tạo hố, thành hố bị miết làm ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng cây
trồng. Chính vì vậy trong những năm qua một số tác giả của trường Đại học
Lâm nghiệp đã nghiên cứu thiết kế, cải tiến máy khoan hố trồng cây lắp sau
máy kéo cỡ nhỏ 4 bánh và 2 bánh để thích ứng với điều kiện trồng rừng của
nước ta như:
Năm 2002, kỹ sư Nguyễn Hồng Quang thực hiện đề tài: “Thiết kế máy
khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo BS-8” (hình 1.6).

Hình 1.6- Máy khoan hố trồng cây dùng nguồn động lực máy kéo BS-8
1- Mũi khoan; 2- Khớp nối; 3- Hộp giảm tốc; 4-Bánh đai bị động; 5- Trục lắp
then hoa; 6- Trục rỗng; 7- Tay đòn; 8- Thanh; 9- Chốt; 10- Khớp nối; 11Chốt trượt; 12- Rãnh dài hình chữ nhật; 13- Thanh; 14- Chốt; 15- Tấm; 16Khung đỡ hộp giảm tốc; 17- Trục trung gian; 18- Puly đai trrung gian; 19- Puly
đai chủ động.
Máy có ưu điểm nhỏ gọn, khoan hố tốt nhưng có nhược điểm là rất khó
khăn trong việc di chuyển máy trên địa hình đất Lâm nghiệp của nước ta, hơn
nữa khả năng cơ động của LHM máy không cao.


13

Năm 2005, kỹ sư Lưu Thùy Linh thực hiện đề tài: “ Thiết kế máy khoan
hố trồng cây lắp trên máy kéo Shibaura”. Sơ đồ nguyên lý máy khoan hố

SD3100 (hình 1.9). LHM máy đã được khảo nghiệm và làm thử tại Lâm
trường Tam Thanh – Phú Thọ. Kết quả khảo nghiệm cho thấy nguyên lý làm
việc của LHM máy rất tốt, tuy nhiên năng suất chưa cao và đặc biết sau một
thời gian làm việc dầu thủy lực nóng làm giảm khả năng tải của lưỡi khoan.


15

Hình 1.9- Khảo nghiệm máy khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo Shibaura
SD3000A với dẫn động thủy lực.
Máy có ưu điểm là dễ điều khiển, hố được tạo ra có phương thẳng
đứng. Tuy nhiên máy vẫn chưa tận dụng được hết công suất của máy kéo, hệ
thống thủy lực làm việc liên tục và không có hệ thống làm mát dẫn đến dầu
thủy lực nóng làm giảm hiệu suất khoan hố hoặc không khoan được hố,
không phù hợp khi khoan hố ở những nơi đất dốc.
1.1.3. Kết luận 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


16


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. Năm 2006, PGS-TS. 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


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.
2.2.1. 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,


750

mm

- Bề rộng bánh xe (b1)

220

mm

1,6 -3,5

KG/cm2

Ghi chú

Cầu trước
- Mã hiệu lốp: 8 - 16

- Áp suất không khí (p1)

(1245 – 1223) mm


20

- Độ chụm các bánh xe (A - B)

22


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)


552

mm

Cầu sau
- Mã hiệu lốp: 11- 28

Toạ độ trọng tâm:
- Dọc (x)

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


56,90

Tầng chậm
Trục thu công suất

Tỉ số truyền hộp giảm tốc = 7,61
4,569

- Công suất động cơ: 30 mã lực

3,564

2,400

1,896


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.
2.2.2. 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.

+ 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.


23

Hình 2.2: 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
n1

n
1

2

3

8


Dầu có áp suất do bơm cung cấp qua hộp van phân phối tới mô tơ
thuỷ lực được chuyển thành mô men quay trên trục của mô tơ thủy lực nhờ
mô tơ thuỷ lực làm cho mũi khoan chuyển động quay tròn cắt đất.
Hành trình đi lên của máy khoan nhờ bộ phận treo sau, nó được nâng
hạ nhờ hệ thống thuỷ lực của máy kéo. Để nâng lưỡi khoan lên ta gạt cần
điều khiển của hệ thống thuỷ lực từ vị trí trung gian về vị trí nâng làm cho hệ
thống treo sau máy kéo cùng với máy khoan hố từ từ được nâng lên.
Hành trình đi xuống của máy khoan nhờ trọng lượng bản thân của
khung máy, của mô tơ thuỷ lực và lực ấn của xi lanh thủy lực. Sau khi khoan
đạt chiều sâu quy định, gạt cần điều khiển của hệ thống thuỷ lực về vị trí
nâng làm cho hệ thống treo sau cùng lưỡi khoan đi lên khỏi mặt đất.
2.3. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu xác định ảnh hưởng của một số thông số thuộc cấu tạo
lưỡi khoan và chế độ làm việc đến chi phí năng lượng của liên hợp hợp máy
khi làm việc ở một loại đất cụ thể.