Nghiên cứu thiết kế máy khoan hố trồng cây lâm nghiệp liên hợp với máy ủi KOMATSU D31

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ----------
---------- ðẬU ðỨC DŨNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÁY KHOAN HỐ TRỒNG CÂY LÂM NGHIỆP LIÊN HỢP VỚI MÁY ỦI KOMATSU D31 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành : Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá nông, lâm nghiệp Mã số : 60.52.14 Người hướng dẫn khoa học: TS. ðỖ HỮU QUYẾT HÀ NỘI - 2010 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và hoàn toàn chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào. Tôi cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ ñể thực hiện luận văn này ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả luận văn ðậu ðức Dũng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. ii LỜI CẢM ƠN ðể hoàn thành luận văn này tôi ñã nhận ñược sự hướng dẫn rất nhiệt tình của thầy giáo PGS.TS. ðỗ Hữu Quyết cùng với những ý kiến ñóng góp quý báu của các thầy giáo, cô giáo Bộ môn ðộng lực và Cơ kỹ thuật cũng như các thày giáo, cô giáo Khoa cơ ñiện, Viện ðào tạo Sau ñại học của Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội. Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới những sự giúp ñỡ quý báu ñó. Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Cao ñẳng nghề cơ ñiện xây dựng Tam ðiệp, Công ty cổ phần TPXK ðồng Giao, Công ty cổ phần cao su ðiện Biên, các chuyên gia của dự án JACA Nhật Bản ñã tạo ñiều kiện cho tôi trong việc thu thập số liệu và những thông tin cần thiết cho việc nghiên cứu luận văn. Tôi xin bày tỏ sự biết ơn chân thành tới gia ñình, ñồng nghiệp và bạn bè những người ñã luôn bên tôi giúp ñỡ về vật chất cũng như tinh thần trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Hà Nội, ngày ... tháng ... năm 2010 Tác giả ðậu ðức Dũng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. iii MỤC LỤC Lời cam ñoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục bảng v Danh mục hình vi Danh mục bản vẽ ix 1 MỞ ðẦU 1 1.1 Tính cấp thiết của ñề tài 1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 3 1.3 Phạm vi nghiên cứu của ñề tài 3 1.4 Nội dung nghiên cứu ñề tài 4 2 TỔNG QUAN VỀ VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 5 2.1 ðịa hình, ñặc trưng của các vùng ñồi trồng cây lâm nghiệp 5 2.1.1 Diện tích ñất lâm nghiệp 5 2.1.2 ðặc ñiểm ñất lâm nghiệp 9 2.1.3 Một số tính chất cơ lý của ñất có ảnh hưởng tới quá trình khoan hố. 12 2.1.4 Các loại cây trồng rừng chủ yếu tại các vùng phía Bắc nước ta 15 2.1.5 Thời vụ trồng cây lâm nghiệp 16 2.1.6 Yêu cầu kỹ thuật của hố ñào và liên hợp máy ñào hố trồng cây trên ñồi dốc 16 2.2 Tìm hiểu công dụng, ñặc tính, cấu tạo về các loại máy ủi 17 2.2.1 Công dụng máy ủi 17 2.2.2 Phân loại máy ủi 17 2.2.3 So sánh ñặc tính, công dụng các loại máy ủi sử dụng phổ biến ở Việt Nam 19 2.2.4 Cấu tạo chung của máy ủi KOMATSU D31 20 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. iv 2.3 Tìm hiểu về máy khoan hố ñã có, phân tích các ưu nhược ñiểm của máy 24 2.3.1 Một số loại máy khoan hố trên thế giới và ở Việt Nam. 24 2.3.3 Các thông số ñộng học và ñộng lực học chính của lưỡi khoan 32 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG HẠ VÀ HỆ THỐNG THỦY LỰC DÙNG CHO MÁY KHOAN HỐ TRỒNG CÂY LÂM NGHIỆP 33 3.1 Xác ñịnh một số thông số của máy khoan hố 33 3.1.1 Kết cấu máy khoan hố 33 3.1.2 Xác ñịnh công suất cần thiết của máy khoan 34 3.1.3 Xác ñịnh kích thước trục khoan và các chi tiết chính của máy khoan hố 36 3.2 Thiết kế bộ phận nâng hạ máy khoan 38 3.2.1 Nguyên lý cấu tạo của cơ cấu treo trên máy kéo 38 3.2.2 Các dạng sơ ñồ lắp ñặt máy nông nghiệp lên máy kéo [1] 39 3.2.3 Liên kết máy khoan hố trồng cây với máy kéo 40 3.2.4 Lựa chọn loại cơ cấu treo 42 3.2.2 Tính toán các thông số cơ bản của cơ cấu treo 54 3.3 Tính toán thiết kế hệ thống thủy lực 65 3.3.1 Tính toán xylanh thủy lực dẫn ñộng cơ cấu treo 65 3.3.2 Tính toán ñộng cơ thủy lực 72 3.4 Thiết kế lắp ráp tổng thể liên hợp máy 83 3.4.1 Thiết kế lắp ráp cơ cấu treo 83 3.4.2 Thiết kế lắp hệ thống thuỷ lực 87 4 KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 91 4.1 Kết luận 91 4.2. ðề nghị 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 PHỤ LỤC 94 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. v DANH MỤC BẢNG STT Tên bảng Trang 2.1 ðặc ñiểm của một số loại ñất trên một số vùng ñất lâm nghiệp 10 2.2 Bảng tổng hợp các ñiều kiện tự nhiên 11 2.3 Trị số ñộ chặt của ñất theo tình trạng của ñất 14 2.4 Thông số kỹ thuật của máy ủi Komatsu D31 23 3.1 Sự thay ñổi một số thông số của hố khoan theo chiều dài thanh treo trên L,mm. 48 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. vi DANH MỤC HÌNH STT Tên hình Trang 2.1 Hệ thống di ñộng của máy ủi DT75 (Liên Xô cũ) 19 2.2 Máy ủi KOMATSU D275A- 5 19 2.3 Hệ thống di ñộng của máy ủi D31 (Nhật Bản) 20 2.4 Sơ ñồ bố trí các cơ cấu của máy 21 2.5 Máy ủi Komatsu D31P 22 2.6 Máy Ямокопатель ДЭМ-112 (ЯК-130) 24 2.7 Sơ ñồ máy khoan hố Ямокопатель ДЭМ-112 (ЯК-130) 25 2.8 Sơ ñồ ñộng học của máy khoan hố trồng cây ES – 35B 26 2.9 Máy khoan hố trồng cây 27 2.10 Các chế ñộ cắt của cạnh sắc: 29 2.11 Sự phụ thuộc của công cắt riêng phần theo chế ñộ cắt 30 2.12 Hình chiếu của lưỡi cắt trên mặt phẳng vuông góc với trục quay 30 2.13 Trục khoan hố có lưỡi cắt ñáy hố và mũi tâm 32 3.1 Máy khoan hố với các trục khoan tháo lắp nhanh. 33 3.3 Kiểm tra ñộ bền trục khoan 36 3.4 Máy khoan hố 37 3.5 Cơ cấu treo của máy kéo 38 3.6 Sơ ñồ treo ba ñiểm 39 3.7 Sơ ñồ treo 3 ñiểm 39 3.8 Nâng hạ trục máy khoan ñộc lập với vỏ hộp giảm tốc 42 3.9 Hệ thống nâng hạ của máy nâng hàng 43 3.10 Sơ ñồ hệ thống truyền ñộng và ñiều khiển máy ñào hố có cơ cấu treo không hình bình hành. 44 3.11 Cơ cấu treo hình bình hành. 45 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. vii 3.12 Một số kích thước của cơ cấu treo 4 khâu không bình hành. 46 3.13 Xác ñịnh góc nghiêng của trục khoan so với mặt ñồng tại vị trí bắt ñầu khoan (vị trí tiếp ñất). 47 3.14 Xác ñịnh góc nghiêng của trục khoan so với mặt ñồng tại vị trí kết thúc khoan (vị trí ñáy hố). 47 3.15 Xác ñịnh ñộ lệch tâm của hố ñào giữa ñáy và miệng hố. 48 3.16 Sự thay ñổi của một số thông số theo chiều dài thanh treo trên 49 3.17 Sự thay ñổi góc nghiêng trục khoan tại vị trí miệng hố theo chiều dài thanh treo trên. 50 3.18 Sự thay ñổi góc nghiêng trục khoan tại vị trí ñáy hố theo chiều dài thanh treo trên. 50 3.19 Sơ ñồ cơ cấu treo 4 khâu hình bình hành. 51 3.20 Quỹ ñạo chuyển ñộng của trục khoan và hình dạng hố khoan. 52 3.21 Xác ñịnh góc nghiêng thanh treo dưới tại vị trí thấp nhất của trục khoan. 53 3.22 Góc nghiêng thanh treo dưới tại vị trí cao nhất của trục khoan. 53 3.23 Xác ñịnh ñộ lệch tâm hố khoan. 54 3.24 Các kích thước cơ bản của cơ cấu treo 55 3.25 Cơ cấu treo và máy khoan hố. 56 3.26 Xác ñịnh khối lượng máy khoan hố bằng phần mềm Inventor. 57 3.27 ðo diện tích lưỡi cắt. 58 3.28 Xác ñịnh khối lượng cơ cấu treo. 59 3.29 Sơ ñồ lực tác dụng lên cơ cấu treo 4 khau hình bình hành. 60 3.30 Kiểm tra bền thanh treo dưới 62 3.31 Kiểm tra bền thanh kéo. 62 3.32 Kiểm tra bền khuỷu nâng 63 3.33 KIểm tra bền khuỷu nâng. 63 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. viii 3.34 Kiểm tra bền trục pít tông. 64 3.35 Chu trình thủy lực của máy ủi Komatsu D31 65 3.36 Sơ ñồ hệ thống thủy lực của máy ủi Komatsu D31 66 3.37 Cấu tạo xilanh 67 3.38 Kết cấu xy lanh 68 3.39 Các thông số tính toán xylanh 69 3.40 Tạo lực kéo nâng máy khoan 70 3.41 Khi nâng máy khoan 70 3.42 Tạo lực ñẩy hạ máy khoan 70 3.43 Khi hạ máy khoan 71 3.44 Nguyên tắc ñiều chỉnh lưu lượng bơm cánh gạt ñơn 73 3.45 ðộng cơ cánh gạt kép 74 3.46 ðộng cơ piston hướng tâm 75 3.47 Cấu tạo ñộng cơ piston rôto hướng trục 76 3.48 ðộng cơ piston rôto hướng trục 77 3.49 Sơ ñồ bơm piston rôto hướng trục 78 3.50 Cấu tạo pison của ñộng cơ 78 3.51 Không gian phía sau máy ủi MOMATSU D31. 83 3.52 Tấm bích mang cơ cấu treo. 84 3.53 Máy ủi sau khi lắp cơ cấu treo. 85 3.54 Tải trọng tác dụng (a) và kết quả kiểm tra bền tấm ghép (b). 86 3.55 Kết cấu ñường ống dẫn dầu vốn có trên máy. 88 3.56 Kết cấu phân nhánh ñường ống dẫn dầu thuỷ lực. 88 3.57 Thay chữ T và hai van bằng một Van 3 ngả 89 3.58 Sơ ñồ tổng thể liên hợp máy ủi và máy khoan hố trồng cây 90 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. ix DANH MỤC BẢN VẼ STT Tên bản vẽ Trang Bản vẽ 1 Tấm bích lắp các ñiểm treo Bản vẽ 2 Cụm thanh kéo chiều dài thay ñổi ñược Bản vẽ 3 ðầu dưới thanh giằng Bản vẽ 4 ðai ốc kép M30 Bản vẽ 5 Giá ñỡ xylanh lực Bản vẽ 6 Giá quả táo có chuôi ren Bản vẽ 7 Khủy trên quặp phải Bản vẽ 8 Khủy trên quặp trái Bản vẽ 9 Quả táo D25 Bản vẽ 10 Tay quay ñầu pit tông Bản vẽ 11 Thanh treo ñầu dưới song song Bản vẽ 12 Khúc giữa thanh treo trên Bản vẽ 13 Cum cóc ñầu trục khoan D60 Bản vẽ 14 Lưỡi cắt Bản vẽ 15 Lưỡi cắt Bản vẽ 16 Trục khoan Bản vẽ 17 Trục khoan Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. 1 1. MỞ ðẦU 1.1 Tính cấp thiết của ñề tài Việt Nam có diện tích ñất tự nhiên trên 33 ngàn km2, trong ñó 3/4 là ñồi, núi. ðất rừng phân bố chủ yếu trên khu vực ñồi núi này. ðây cũng là nơi sinh sống của khoảng 25 triệu người với nhiều dân tộc ít người, có trình ñộ dân trí thấp, phương thức canh tác lạc hậu, kinh tế chậm phát triển và ñời sống còn nhiều khó khăn Theo thống kê của Cục Kiểm lâm, ñến cuối tháng 6/2008 toàn quốc có trên 12,9 triệu ha ñất có rừng và hơn 5 triệu ha là ñất trống ñồi núi trọc, chia làm 3 loại: rừng ñặc dụng (2,4 triệu ha, 13%), rừng phòng hộ (7,3 triệu ha, 41%), và rừng sản xuất (8,2 triệu ha, 46%) (Hà Công Tuấn, 2009). Trong tổng số gần 18 triệu ha này, khoảng 12,5 triệu ha rừng và ñất rừng ñã ñược giao, khoán và cho thuê chủ yếu cho các tổ chức, hộ gia ñình và cá nhân trong nước quản lý, bảo vệ và phát triển. ðất rừng sản xuất cần có một khung chính sách phù hợp, tạo cơ sở cho sự phát triển bền vững Như vậy, diện tích ñất trống ñồi núi trọc hiện vẫn còn rất lớn và chưa ñược quản lý và phát triển hiệu quả. Loại ñất này nằm phần lớn ñược khoanh vào loại rừng sản xuất với hơn 2,4 triệu ha, chiếm 29% diện tích rừng sản xuất và 48% tổng diện tích ñất trống ñồi núi trọc cả nước (Hà Công Tuấn, 2009). Có nhiều nguyên nhân ñược cho tác ñộng tiêu cực ñến mục tiêu phủ xanh ñất trống ñồi núi trọc ở Việt Nam, trong số ñó là: Phát triển rừng sản xuất góp phần bảo vệ ñất ñai, phát triển nông thôn bền vững - Xây dựng một hành lang pháp lý ñể thiết lập lâm phận quốc gia ổn ñịnh và cắm mốc ranh giới trên thực ñịa. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. 2 - Sửa ñổi và hoàn thiện chính sách - Tạo ñiều kiện cho chủ rừng thực hiện quyền sử dụng ñất, - Tăng cường phân cấp quản lý nhà nước về rừng cho chính quyền các cấp huyện và xã. - Tăng cường phổ biến, giáo dục pháp luật nước, thể chế và pháp luật. Theo nhiệm vụ Chính phủ giao nêu Quyết ñịnh 18/2007/Qð-TTg thì ñến 2020 phải “thiết lập, quản lý, bảo vệ, phát triển và sử dụng bền vững ñược 3 loại rừng gồm: 8,4 triệu ha rừng sản xuất, trong ñó 4,15 triệu ha rừng trồng bao gồm rừng nguyên liệu công nghiệp tập trung, lâm sản ngoài gỗ,... 3,63 triệu ha rừng sản xuất là rừng tự nhiên và 0,62 triệu ha rừng tự nhiên phục hồi sản xuất nông lâm kết hợp (phấn ñấu ít nhất có ñược 30% diện tích có chứng chỉ rừng); 5,68 triệu ha rừng phòng hộ và 2,16 triệu ha rừng ñặc dụng… Trồng rừng mới 1,0 triệu ha ñến năm 2010 và 1,5 triệu ha cho giai ñoạn sau…”. Trong quy trình trồng rừng công việc ñào hố trồng cây là vất vả và quan trọng nhất. ðể ñảm bảo mục tiêu và chương trình trồng rừng của chính phủ chúng ta phải ứng dụng cơ giới hóa, các kỹ thuật ứng dụng mới trên thế giới và khu vực và các thành quả nghiên cứu của các nhà khoa học trong nước. Lựa chọn những trang thiết bị phù hợp với ñịa hình và ñặc ñiểm khí hậu Việt Nam nhằm nâng cao năng suất, tăng hiệu quả kinh tế, giảm sức lao ñộng thủ công, nhanh chóng phủ xanh ñất trống, ñồi trọc. Xuất phát từ những lý do trên nên tôi lựa chọn ñề tài: “Nghiên cứu thiết kê máy khoan hố trồng cây lâm nghiệp liên hợp với máy ủi KOMATSU D31”. Luận văn ñược thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của PGS-TS ðỗ Hữu Quyết và các thầy giáo trong bộ môn Cơ học kỹ thuật và các bạn bè ñồng nghiệp. Mặc dù ñã có nhiều cố gắng nhưng không tránh khỏi những thiếu sót, tôi mong nhận ñược những ý kiến ñóng góp quý báu của các thầy, các ñộc giả quan tâm ñể luận văn ñược hoàn chỉnh hơn. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. 3 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Xuất phát từ những lý do thực hiện ñề tài ñã nêu ở trên chúng tôi ñặt mục tiêu nghiên cứu là: “Nghiên cứu thiết kê máy khoan hố trồng cây lâm nghiệp liên hợp với máy ủi KOMATSU D31”. Máy tạo hố trồng cây trên ñất dốc sau khi ñược nghiên cứu phải ñạt ñược yêu cầu: Năng suất tạo hố trồng cây cao, chất lượng hố sau khi ñào tốt, hiệu quả kinh tế lớn, rung ñộng của thiết bị nằm trong giới hạn cho phép, ñáp ứng ñược quy phạm kỹ thuật trong khâu làm ñất trồng rừng. 1.3 Phạm vi nghiên cứu của ñề tài Nghiên cứu máy khoan hố trồng cây lâm nghiệp liên kết với máy ủi cỡ nhỏ, trong ñề tài này chỉ giới hạn các nội dung sau: 1.3.1 Thiết bị nghiên cứu Máy khoan hố trồng cây và máy ủi KOMATSU D31-18 ñã có. Từ ñó chọn phương án hợp lý ñể liên hợp máy khoan hố trồng cây và máy ủi. 1.3.2 ðối tượng nghiên cứu - Các loại máy ủi có công suất 30 ÷ 50 mã lực hiện ñang có ở Việt Nam có kết cấu ñơn giản, gọn nhẹ dễ di chuyển và tháo lắp, chi phí nhiên liệu thấp, có thể di chuyển trên ñồi dốc với ñộ dốc 200. - Kết cấu liên hợp máy khoan hố sử dụng hệ thống nâng, hạ, khoan hố bằng hệ thống thuỷ lực; hệ thống thuỷ lực hoạt ñộng nhờ truyền ñộng từ các ñường ống dầu thủy lựu ñược lắp ñặt trên máy ủi dẫn ñến máy khoan hố phía sau. - Máy khoan hố trồng cây ñã có. 1.3.3 Phương pháp nghiên cứu + Phương pháp xây dựng mô hình tính toán ðể nghiên cứu các liên hợp máy không thể xét ñến tất cả mọi yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình làm việc của chúng. Vì vậy trong nghiên cứu người Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. 4 ta thường xây dựng các mô hình tính toán, trong ñó chỉ xét ñến các yếu tố chính, có ảnh hưởng lớn ñến các quá trình nghiên cứu bỏ qua các yếu tố phụ. Khi nghiên cứu chuyển ñộng của máy kéo trên dốc, có thể giả thiết máy luôn di chuyển trên mặt ñộ dốc có ñộ dốc không ñổi, bỏ qua các lực cản không khí, lực cản quán tính. Khi nghiên cứu mô men cản làm việc của trục khoan bỏ qua mô men ma sát giữa khối ñất trong lòng hố và bề mặt trục khoan, vì mô men này không ñáng kể. + Phương pháp kết hợp lý thuyết với thực nghiệm. Lý thuyết: Tính toán và xác ñịnh các thông số chính. Thực nghiệm; Xác ñịnh một số thông số phục cho tính toán thiết kế. + Các phương pháp khác: trong quá trình giải quyết các nhiệm vụ của ñề tài, sử dụng các phương pháp của cơ học giải tích và cơ học máy, cũng như sử dụng các phần mềm ứng dụng như Matlab, Inventor… 1.3.4 ðịa ñiểm nghiên cứu Tại Công ty cổ phần cao su ðiện Biên, Công ty cổ phần thực phẩm xuất khẩu ðồng Giao. 1.4 Nội dung nghiên cứu ñề tài 1.4.1 Nghiên cứu tổng quan - ðịa hình, ñặc trưng của các vùng ñồi trồng cây lâm nghiệp - Tìm hiểu cấu tạo ñặc tính công dụng về các loại máy ủi - Tìm hiểu về máy khoan hố ñã có, phân tích các ưu, nhược ñiểm của máy. 1.4.2 Tính toán thiết kế - Thiết kế cơ cơ cấu treo liên kết với máy ủi Komatsu D31 ñể nâng hạ máy khoan hố ñã có sẵn. - Thiết kế hệ thống thủy lực ñể dẫn ñộng cơ cấu treo và quay mô tơ thủy lực của trục mũi khoan. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. 5 2. TỔNG QUAN VỀ VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 2.1 ðịa hình, ñặc trưng của các vùng ñồi trồng cây lâm nghiệp 2.1.1 Diện tích ñất lâm nghiệp Thực hiện chỉ ñạo của Chính Phủ và Bộ Nông nghiệp & Phát triển nông thôn, hiện nay các ñơn vị trồng rừng của Tổng công ty Lâm nghiệp Việt Nam ñã và ñang triển khai thực hiện công tác rà soát và quy hoạch sử dụng ñất theo Thông tư số 04/2005/TT-BTNMT ngày 18/07/2005 của Bộ Tài nguyên và Môi trường về việc hướng dẫn các biện pháp quản lý, sử dụng ñất ñai khi sắp xếp, ñổi mới và phát triển các nông, lâm trường quốc doanh. Kết quả cụ thể là trong số 11.784.589ha ñất lâm nghiệp hiện có của cả nước tính ñến tháng 12-2003, ñã có 7.956.592ha ñược Nhà nước giao và công nhận quyền sử dụng ñất hợp pháp cho các "chủ rừng" phân theo các ñối tượng như sau: Doanh nghiệp Nhà nước quản lí: 3.394.052ha; Các ban quản lí rừng phòng hộ quản lí: 3.068.571 ha Các ban quản lí rừng ñặc dụng quản lí: 1.337.963 ha Hộ gia ñình và tập thể quản lí: 2.738.917 ha Xí nghiệp liên doanh quản lí: 25.647 ha Lực lưỡng vũ trang quản lí: 95.605 ha Ủy ban nhân dân quản lí: 229.201 ha ðối tượng khác quản lí: 2.447.772 ha Ngoài các hình thức giao ñất, khoán rừng, trong 10 năm qua, một hình thức bảo vệ rừng khác cũng ñã ñược thực hiện ở một số nơi, ñó là việc "nhận khoán bảo vệ rừng". ðây là hình thức hợp ñồng dài hay ngắn hạn giữa "chủ rừng" với cá nhân, hộ gia ñình, tập thể hay các cơ quan, ñơn vị của Nhà nước ñể tăng cường công tác bảo vệ rừng. Tới nay ñã có 918.326ha rừng ñược nhận Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. 6 khoán quản lý bảo vệ và 214.000 ha rừng ñược các cộng ñồng ñịa phương quản lý theo hình thức truyền thống. Trong mấy năm qua, diện tích rừng có chiều hướng tăng lên, 28,2% năm 1995 và cuối năm 1999 theo số liệu thống kê mới nhất thì ñộ che phủ rừng toàn quốc lên ñến là 33,2%, trong ñó: 1- Kon Tum 63,7% 2- Lâm ðồng 63,3% 3- ðắk Lắk 52,0% 4- Tuyên Quang 50,6% 5- Bắc Cạn 48,4% 6- Gia Lai 48,0% 7- Thái Nguyên 39,4% 8- Yên Bái 37,6% 9- Quảng Ninh 37,6% 10- Hà Giang 36,0% 11- Hòa Bình 35,8% 12- Phú Thọ 32,7% 13- Cao Bằng 31,2% 14- Lào Cai 29,8% 15- Lạng Sơn 29,3% 16- Lai Châu 28,7% 17- Bắc Giang 25,6% 18- Bình Phước 24,0% 19- Sơn La 22,0% ðối với cây cao su ñược xem là loại cây có triển vọng, mở ra hướng chuyển dịch mới trong cơ cấu cây trồng trên ñịa bàn một số tỉnh Tây Bắc. Hiện nay, các ñịa phương ñã quy hoạch 100 nghìn ha và trồng hơn 25 nghìn ha cây cao-su. Trong ñó, Sơn La gần bốn nghìn ha, Lai Châu hơn ba nghìn ha, Ðiện Biên gần hai nghìn ha và Hà Giang là 300 ha. Phó Viện trưởng Viện Khoa học kỹ thuật Nông, lâm nghiệp miền núi phía bắc, Nguyễn Văn Toàn cho biết, vùng miền núi phía bắc có ñiều kiện khí hậu khắc nghiệt với mùa ñông lạnh và kéo dài. Tuy nhiên, ñây lại là vùng có thể trồng ñược cây cao-su góp phần giải quyết việc làm, tăng thu nhập cho nông dân. Cây cao-su trên vùng Tây Bắc phải là những giống chịu lạnh và hạn khá. Từ năm 2005, cây cao-su bắt ñầu ñược trồng tại Lai Châu, sau ñó các tỉnh Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. 7 Sơn La, Ðiện Biên và Hòa Bình bắt ñầu quy hoạch và trồng thử nghiệm. Năm 2007, Viện Khoa học kỹ thuật Nông lâm nghiệp miền núi phía bắc ñã xây dựng một số mô hình trồng cây cao-su tại các vùng khác nhau trên ñịa bàn tỉnh Lai Châu và Sơn La. Những dòng cao-su vô tính như GT 1, IAN 873, RRIM 600, RRIM 712, RRIV 1, PB 260... ñược chọn ñể trồng thử nghiệm. Kết quả cho thấy, các dòng vô tính ñều sinh trưởng khá ñồng ñều và mức ñộ chịu ảnh hưởng do nhiệt ñộ xuống thấp, khả năng phục hồi, thời gian cho khai thác mủ khác nhau. Hiện nay, Viện ñang phối hợp Viện Nghiên cứu cao-su Việt Nam theo dõi và khảo nghiệm sản lượng mủ của 30 giống tại ñịa bàn tỉnh Phú Thọ. Qua theo dõi ñã lựa chọn ñược 10 giống cho sản lượng mủ tương ñối ñồng ñều trong các năm. Viện ñang có hai ha cao-su khai thác, trong ñó một ha tại vườn so tuyển trồng năm 1994 gồm 30 dòng vô tính và một ha vườn quan trắc trồng năm 1997 với năm dòng vô tính. Hai vườn ñang khai thác lấy mủ thí nghiệm hai lần/tháng bằng phương pháp ñánh ñông tại lô. Qua khai thác cho thấy, một số dòng vô tính cho năng suất mủ khá. Ðiển hình giống RRIV 1 sau sáu năm cạo mủ ñạt năng suất khá cao (1,35 tấn/ha/năm). Còn giống SCAT 88/1, IAN 873 và HAKEN 1 sau khi giảm sản lượng mủ năm 2005 nhưng ñang có chiều hướng tăng năng suất mủ tương ñối ñều trong các năm còn lại. Theo TS Lê Quốc Doanh, Viện trưởng Viện Khoa học kỹ thuật Nông lâm nghiệp miền núi phía bắc, khó khăn nhất trong trồng cao-su tại vùng Tây Bắc là ñất ñai hiện nay phần lớn là ñất canh tác của nông dân. Nếu ñưa cây cao-su vào trồng phải mất 6-7 năm mới cho thu hoạch, thời gian này, nông dân không có thu nhập. Ðể giải quyết tình trạng này, Viện ñã nghiên cứu thành công mô hình trồng xen cây ngắn ngày trong các vườn trồng cao-su thời kỳ kiến thiết cơ bản, góp phần bảo ñảm an ninh lương thực vừa bảo ñảm phương châm lấy ngắn nuôi dài cho nông dân. Hai loại cây trồng chính ñược Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. 8 thử nghiệm là lạc và ñậu tương. Trong ñó, hai giống ñậu tương ñược xác ñịnh là ÐT 12 và ÐT 84 với tỷ lệ sinh trưởng cao, thời gian trồng từ 80 ñến 90 ngày cho thu hoạch, năng suất ñạt 0,7-0,8 tấn/ha, trừ chi phí nông dân lãi thuần gần bảy triệu ñồng/ha/năm. Ðồng thời, cũng xác ñịnh ñược hai giống lạc là HL5 và MÐ9 với số củ trên khóm, tỷ lệ nhân cao và năng suất ñạt hơn một tấn/ha, trừ chi phí, bà con có lãi gần bốn triệu ñồng/ha/năm. Ðể tiếp tục nhân rộng mô hình trồng cao-su trên diện rộng nhằm khai thác hết lợi thế hiện có trên vùng Tây Bắc, Viện Khoa học kỹ thuật Nông lâm nghiệp miền núi phía bắc ñang triển khai dự án phát triển giống cao-su vùng Tây Bắc. Mục tiêu của dự án nhằm hình thành, xây dựng hệ thống sản xuất và cung ứng giống cao-su mới, thích nghi với ñiều kiện ñịa lý một số tỉnh vùng miền núi phía bắc. Viện ñã ñược các cơ quan chức năng ñồng ý cho nhập nội một số giống cao-su Vân Nghiên 77-2, Vân Nghiên 77-4... từ Trung Quốc. Qua khảo sát cho thấy các giống này sinh trưởng khỏe, chịu rét tốt và cho năng suất mủ bình quân ñạt 1,8 ñến 2 tấn/ha. Ðể nhân giống kịp thời phục vụ phát triển trồng cao-su trên vùng Tây Bắc, Viện ñã nuôi mầm ghép và ghép thành công tại xã Phú Hộ (Phú Thọ) gần 400 mắt giống Vân Nghiên 77-2 và gần 300 mắt giống Vân Nghiên 77-4. Ðồng thời, hoàn thành xây dựng 0,5 ha vườn ươm stump trần tại Phú Hộ. Các gốc ghép sinh trưởng tốt, chiều cao trung bình 120- 150 cm, lượng gốc ghép ñã ñưa ra trồng thử nghiệm là gần 11 nghìn cây. Kết quả khảo nghiệm trong 4-5 năm qua cho thấy cây cao-su có thể trồng ñược ở một số nơi thuộc các tỉnh miền núi phía bắc. Tuy nhiên ñể cây cao-su phát triển ổn ñịnh, các ñịa phương cần có quy hoạch ñúng và cụ thể cho từng vùng trồng, chỉ nên trồng ở những nơi có ñộ cao dưới 600 m, ít gió, không có sương muối, ñất có tầng dày trên 70 cm. Khi thiết kế trồng cần làm ñường bình ñộ ñể chống xói mòn, ñồng thời tạo thuận lợi cho chăm sóc và khai thác về sau. Bên cạnh ñó cần chọn lọc những bộ giống có khả năng chịu Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. 9 rét, thích nghi với từng vùng miền núi. Thời gian trồng cao-su nên thực hiện vào ñầu mùa mưa, cây giống phải ñược trồng ñúng tuổi và nên trồng bằng bầu stump có tầng lá ñể tỷ lệ sống cao, chống chịu tốt với thời tiết vùng miền núi phía bắc. Ngoài ra, cần hạn chế sử dụng những giống mẫn cảm với nhiệt ñộ thấp, nhất là vùng có cao trình hơn 600 m. Theo Nghị quyết số 254/NQ-HðND ra ngày 12/12/2008 của HðND tỉnh Sơn La, cây cao su sẽ phát triển tại Sơn La trải qua 2 giai ñoạn. Giai ñoan 1: (2007- 2011) quy hoạch 3 vùng nguyên liệu với 3 nhà máy chế biến, tổng diện tích 20.000 ha; giai ñoạn 2: (2012 - 2020) quy hoạch phát triển toàn tỉnh 5 vùng nguyên liệu gắn với 5 nhà máy chế biến, tổng diện tích 50.000 ha. Như vậy, chỉ riêng tỉnh Sơn La, diện tích trồng sao su tầm nhìn ñến năm 2020 ñã bằng quy hoạch của toàn vùng Tây Bắc theo ñịnh hướng của Chính phủ. Bên cạnh ñó, tỉnh ðiện Biên dự kiến sẽ phát triển 35.000ha vào năm 2020, tỉnh Lai Châu 20.000ha ñến năm 2015, Yên Bái 10.000ha (2020). ðó là chưa kể một số tỉnh ngoài khu vực Tây Bắc, như Hà Giang cũng sẽ bổ sung vào diện tích cao su 10.000ha (2015), Lào Cai cũng rục rịch xin "ñược vào quy hoạch". 2.1.2 ðặc ñiểm ñất lâm nghiệp Thường ñất lâm nghiệp là ñất ñồi dốc (có ñộ dốc > 100). Tuy nhiên khái niệm này chỉ là tương ñối vì trên ñồi có những nơi khá bằng phẳng (<100). Vì vậy bằng phương pháp xây dựng ñường ñồng mức hoặc lợi dụng mặt bằng hoặc bằng loại máy kéo có khả năng vượt (kéo, bám) cao có thể di chuyển ñể làm việc theo quy trình công nghệ ñược thiết lập trước cho từng ñiều kiện ñịa hình cụ thể. Phạm vi sử dụng ñối với liên hợp máy ñào hố trồng cây chỉ giới hạn ở ñộ dốc không quá 200, còn ñối với ñộ dốc > 200 chỉ có máy kéo chuyên dụng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. 10 mới có khả năng di chuyển. ðặc ñiểm về ñất ñai là vùng ñồi trống trọc ở miền Bắc phần lớn ñất ñai bị thoái hoá, xói mòn do mưa bão, bề mặt chai cứng, kết vón do quá trình phong hoá mạnh, ñộ sâu trung bình tầng ñất mặt từ 40 ÷ 50 cm, phần lớn ñối với các vùng sườn dốc ñồi trọc này phần lớn là ñất thịt nặng, ñộ ñá lẫn từ 15 ÷ 25 %, khô và chặt [6]. Bảng 2.1. ðặc ñiểm của một số loại ñất trên một số vùng ñất lâm nghiệp ðịa ñiểm Chỉ tiêu Lập Thạch Vĩnh Phúc Hữu Lũng Lạng Sơn Cẩm Phả Quảng Ninh ðại Lải Vĩnh Phúc Sóc Sơn Hà Nội Vĩnh Linh Quảng Trị ðộ ñá lẫn (%) 15÷20 10÷15 15÷20 15÷20 15÷20 15÷20 ðộ chặt Hơi xốp Hơi xốp Hơi xốp Chặt ñều Chặt ñều Hơi chặt hơi chặt hơi chặt (<50%) (50÷55%) (50÷55%) (25÷50%) (25÷50%) (<50%) ðộ ẩm Hơi ẩm Hơi ẩm Khô Hơi ẩm Hơi ẩm Hơi ẩm (<20÷25 %) (<20÷25 %) (<15%) (<20÷25 %) (<20÷25 %) (<20÷25 %) PH(kcl) 3,4÷3,5 3,2÷3,6 3,7÷4,0 3,5÷3,8 3,5÷4,0 4,5÷5,0 Thành phần Thịt TB Thịt TB Thịt TB Thịt TB Thịt TB Thịt TB cơ giới ñến nặng ñến nặng ñến nặng ñến nặng Hàm lượng sét (%) 50 60÷70 40÷50 Hơn 60 Hơn 60 < 30 ðộ sâu tầng 50 60÷80 40÷50 30÷60 40÷50 50 ñất (cm) ðộ sâu phong 100 >100 100 100 100 100 hoá(cm) Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. 11 ðiều kiện tự nhiên ảnh hưởng lớn ñên sự phát triển của thực vật rừng. ðối với nước ta nằm trong vùng khí hậu nhiệt ñới gió mùa, ñộ ẩm tương ñối lớn, sau ñây ñược thể hiện dưới bảng tổng hợp các ñiều kiện tự nhiên ở một số vùng trên trong nước. Bảng 2.2. Bảng tổng hợp các ñiều kiện tự nhiên ðịa ñiểm Yếu tố Lập Thạch Hữu Lũng Cẩm Phả ðại Lải Sóc Sơn Vĩnh Linh Nhiệt ñộ trung bình (năm) 230 220 230 2302 230 24 ÷250 Thực bì Cây bụi Cây bụi Cây bụi Cây bụi Cây bụi Sa van trảng cỏ trảng cỏ trảng cỏ trảng cỏ Tê guột Cây bụi cấp I,II,III cấp I,II,III cấp I,II cấp I,II cấp I,II,III trảng cỏ Gốc lim cấp I,II 90-100ha ðất ñai Phát triển trên sa thạch tầng mặt 50 cm Hình thành trên núi ñá trầm tích chủ yếu phát triển thạch sét tầng 50- 80 cm Núi ñá trầm tích tầng mặt dưới 50 cm Phiến thạch sét sa thạch tầng mặt dưới 50 cm Phiến thạch sét tầng mặt dưới 50 cm Sa thạch thịt trung bình ñến thịt nặng, tầng ñất mặt dưới 50 cm Các tỉnh có diện tích có rừng lớn ñó là: Nghệ An có 1649968 ha, Sơn La có 1405500 ha, Thanh Hoá có 1111634 ha, Quảng Nam có 1040514 ha, Kon Tum có 961450 ha, ðiện Biên có 955411 ha, Lai Châu có 906512 ha, Lạng Sơn có 830524 ha, Hà Giang có 788437 ha, Cao Bằng có 669072 ha, Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. 12 Yên Bái có 688292 ha ... 2.1.3 Một số tính chất cơ lý của ñất có ảnh hưởng tới quá trình khoan hố. ðất tự nhiên ñược tạo nên do kết quả phong hoá vật lý và hóa học của ñá gốc. Tuỳ theo nguồn gốc và ñiều kiện hình thành ñất mà nó ñược chia thành nhiều loại khác nhau như: ñất trầm tích lục ñịa gồm các loại là: ñất eluvi, ñất ñêluvi, ñất bồi tích, ñất sét, ñất á sét, ñất phong thành, cát ñụn, cát cồn; ñất trầm tích biển ñó là các loại ñất sét phân tán, ñất vỏ sò, ñất than bùn, ñất cát và cát cuội…. Phần hợp thành ñất gồm 3 phần chính là hạt khoáng rắn, nước liên kết và khí, các hợp chất hữu cơ và khoáng hữu cơ. Tính chất chung của ñất là một kết cấu như là một môi trường rời rạc và không ñồng nhất, vì các hạt cứng liên kết với nhau rất yếu so với sức bền của bản thân các hạt cứng, giữa các hạt có các khoảng trống. Tính không ñồng nhất của ñất thể hiện ở các mặt như: kích thước và sự phân bố các hạt cứng rất không ñồng ñều nhau; các hạt cứng cũng rất khác nhau, trong ñất còn có chứa các xác ñộng thực vật với sự phân bố khác nhau tuỳ theo ñiều kiện tự nhiên và phong hoá của từng vùng. ðất ñược liên kết chủ yếu là do ma sát nội hạt, lực hấp dẫn các phân tử giữa các hạt cứng, sức căng màng nước và sự dính kết giữa các hạt vi nhỏ trong ñất. Khi chúng ta tác dụng lực cơ học vào ñất chẳng hạn ta tác ñộng hệ thống di ñộng hoặc làm việc của máy khoan hố trồng cây... thì quá trình tác dụng tương hỗ giữa chúng với ñất rất phức tạp và phụ thuộc rất nhiều yếu tố khác nhau. Sự tác dụng cơ học ñó sẽ có thể gây ra các hiện tượng sau: - Phá vỡ kết cấu ñất tại nơi tiếp xúc giữa máy và ñất. - Xuất hiện lực ma sát nơi tiếp xúc giữa máy và ñất hoặc giữa các hạt ñất. - Xuất hiện các suất trong ñất chống lại sự dịch chuyển ñất khi có tác Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. 13 ñộng của máy vào ñất. Khả năng di chuyển hay hiệu quả làm việc của các máy ñào hố trồng cây sẽ phụ thuộc rất nhiều vào các tính chất cơ lý của ñất. Các tính chất ñó ñược thể hiện ở các mặt sau: * ðộ ẩm của ñất: ðộ ẩm của ñất có ảnh hưởng rất nhiều ñến quá trình tác ñộng giữa máy và ñất nói chung hay quá trình khoan ñất nói riêng. ðộ ẩm của ñất ñược tính theo ba cách: + ðộ ẩm tuyệt ñối (W0): 1 1 0 g ggW −= (3 .1) + ðộ ẩm tương ñối (Wtñ): B td g ggW 1−= (3.2) + ðộ ẩm toàn phần (Wtp): 1 1 g ggW Btp − ._.= (3.3) Trong ñó: + g - Trọng lượng khối ñất tự nhiên. + g1 - Trọng lượng hạt cứng. + g2 - Trọng lượng nước(g2= g- g1). + gB - Trọng lượng ñất khi bão hoà nước. * ðộ chặt của ñất: ðộ chặt của ñất chỉ trạng thái sắp xếp các hạt ở mức ñộ xa hay xít nhau (mật ñộ giữa các hạt ñất). ðộ chặt phụ thuộc vào thành phần cơ giới và ñộ ẩm của ñất. ðối với ñất có thành phần cơ giới nặng thì có ñộ chặt cao và ngược lại (Bảng 2.3). ðộ chặt của ñất ñặc trưng cho khả năng chống nén của ñất và ñược g2 g1 V2 V1 3 Các thành phần cơ bản trong ñất 6 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. 14 ñánh giá bằng ứng suất pháp tuyến trong ñất σ. Bảng 2.3. Trị số ñộ chặt của ñất theo tình trạng của ñất Loại ñộ chặt của ñất Trị số ñộ chặt (KG/cm2) Tình trạng ñất Trị số ñộ ẩm của ñất (W%) Cao 25 – 30 Khô cứng 10 – 15 Trung bình 15 – 20 Ẩm 20 – 30 Thấp 6 – 9 Ướt 40 - 50 * Khả năng chống nén của ñất: Khả năng chống nén của ñất là khả năng chống biến dạng theo phương pháp tuyến. Tính chất chống nén của ñất phụ thuộc vào ma sát trong và ma sát giữa các hạt ñất. * Khả năng chống cắt của ñất: Khả năng chống cắt của ñất ñược tạo ra bởi lực dính và nội lực giữa các hạt cứng. Lực cản cắt của ñất ñược xác ñịnh theo các ñiều kiện cụ thể. Khi tính lực cản cắt cực ñại người ta tính theo ñịnh luật Culông: T= T0+ N.tgϕ (3.4) Trong ñó: - T- lực cản của ñất. - T0- lực dính. - N- lực pháp tuyến. - ϕ - hệ số ma sát trong. Khi dùng máy tham gia vào việc cơ giới hoá người ta thấy có các dạng tác ñộng của máy ñối với ñất là:cắt, kéo, nén, tách, uốn, dập và di chuyển. Tuỳ theo tính chất của ñất, dạng cấu tạo và chuyển ñộng của bộ phận làm việc Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. 15 mà các nguyên tắc ñó xẩy ra ở mức ñộ nào và hiệu quả sẽ khác nhau. Khi ta thay các tác ñộng khác nhau bằng cách thay ñổi cấu tạo dụng cụ khác nhau thì sẽ dẫn ñến chi phí năng lượng khác nhau do lực cản giữa chúng khác nhau sẽ dẫn tới tính chất cơ học của ñất khác nhau, dẫn ñến tính chất, ñộ tơi xốp của ñất sẽ thay ñổi theo. Khi lưỡi khoan tác ñộng vào ñất khi khoan cũng như một số dạng cơ bản của quá trình liên hợp máy tác ñộng vào ñất, thành phần cơ bản tác dụng vào ñất có dạng như một cái nêm. Khi tính toán thiết kế các bộ phận tác ñộng vào ñất ta chú ý về kết cấu và hình thức tác ñộng vào ñất sao cho tận dụng tối ña sự phá huỷ ñất, vì ñối với ñất bình thường ta thấy: {σ}< {τ}<{σN} (3.5) Trong ñó: - {σ} là ứng suất kéo cho phép của ñất. - {τ} là ứng suất cắt cho phép của ñất. - {σN} là ứng suất nén cho phép của ñất. Trong công thức (3.5) ta thấy sự phá huỷ của ñất do quá trình nén là lớn nhất, ñiều ñó dẫn ñến tiêu tốn nhiều năng lượng, mặt khác còn gây phá huỷ cấu trúc của ñất và tăng dung trọng của ñất, vì vậy khi tác ñộng máy ñể khoan ñất nên tránh nguyên tắc này. Trong quá trình khoan còn một yếu tố có ảnh hưởng rất lớn tới lực cản của lưỡi khoan là lực ma sát, lực dính giữa ñất với lưỡi khoan, giữa ñất với ñất, do chúng có tốc ñộ chuyển ñộng khác nhau. Chi phí năng lượng ñể khắc phục lực ma sát và lực dính lớn hay nhỏ phụ thuộc vào nguyên tắc phá vỡ ñất, các thông số hình học của lưỡi cắt, ñộng học của bộ phận làm việc và tính chất ñất. Việc giảm áp lực tiếp xúc, thời gian tiếp xúc, diện tích tiếp xúc giữa lưỡi khoan với ñất sẽ làm giảm ma sát. Cấu tạo và hướng cắt của bộ phận lưỡi khoan vào ñất có ảnh hưởng nhiều tới lực tác ñộng lên khỏi mặt ñất. 2.1.4 Các loại cây trồng rừng chủ yếu tại các vùng phía Bắc nước ta Các cây trồng chính mang lại hiệu quả kinh tế cao trong việc trồng rừng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. 16 bao gồm các loại cây thông ba lá, bạch ñàn, keo lá chàm, keo lá chàm, thông, lim, hồi, trẩu... Thông ba lá, chịu ñược ñất nghèo, ưa ñất chua và ñất ít chua, không chịu ñược ñất sét nặng, úng nước. Loại cây này phát triển nhanh có ñường kính từ 60- 100 cm, thân thẳng, cao 30- 36m, không rụng lá theo mùa dùng làm gỗ. Bạch ñàn mọc thành rừng, phát triển nhanh, dễ thích nghi với ñiều kiện tự nhiên, chúng ñược trồng ở ñộ dốc < 200 trên các loại ñất vùng trung du và ñồng bằng Bắc Bộ, nhưng không ñược trồng trên nền ñá vôi có kiềm cao. Bạch ñàn dùng làm nguyên liệu gỗ, củi than, nguyên liệu giấy... 2.1.5 Thời vụ trồng cây lâm nghiệp Theo thời tiết và ñiều kiện tự nhiên của từng nơi mà người ta bố trí thời gian trồng phù hợp. - ðối với các tỉnh phía Bắc thời vụ trồng chính là ñầu mùa xuân và có thể trồng phụ vào cuối mùa hè ñầu mùa thu. - Các tỉnh phía nam và miền trung thời vụ trồng chính vào mùa thu, mùa trồng phụ là mùa xuân và mùa hè. 2.1.6 Yêu cầu kỹ thuật của hố ñào và liên hợp máy ñào hố trồng cây trên ñồi dốc 2.1.6.1. Yêu cầu kỹ thuật của hố ñào ðối với một hố thông dụng dùng ñể trồng cây lâm nghiệp chúng phải ñảm bảo các yêu cầu sau: - ðường kính hố: D= 40 ÷ 60 cm. - ðộ sâu của hố: H= 40 ÷ 60 cm. - Khoảng cách giữa các hố: S= 3 ÷ 4 m. - ðường tâm hố: không nhất thiết phải theo phương thẳng ñứng (máy di chuyển theo ñường ñồng mức và góc nghiêng máy di chuyển trên ñồi dốc < 200) mà máy có thể ñào vuông góc với mặt nghiêng của các mé ñồi. - Thành hố sau khi ñào xong không bị miết chặt gây ảnh hưởng ñến sự Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. 17 sinh trưởng và sự phát triển của cây trồng. - Không phải ñưa ñất lên khỏi lòng hố ñể tránh mất ñất do gió, mưa bão rửa trôi ñất (vì thường không trồng cây ngay sau khi ñào hố xong). - Các hố ñào cần ñúng vị trí, khoảng cách giữa các hố không sai lệch quá giới hạn cho phép. ðộ sai lệch này do kỹ thuật lâm sinh quy ñịnh.(± 5%). 2.1.6.2. Yêu cầu kỹ thuật của liên hợp máy Liên hợp máy sử dụng thuận tiện, dễ dàng, cho năng suất cao, gọn nhẹ, dễ di chuyển, dễ tháo lắp, chi phí nhiên liệu thấp, làm việc ổn ñịnh khi ñào hố và khi di chuyển trên các vùng ñồi núi với ñộ dốc <200. 2.2 Tìm hiểu công dụng, ñặc tính, cấu tạo về các loại máy ủi 2.2.1 Công dụng máy ủi Máy ủi là một trong những loại ñiển hình của máy công trình, ñang ñược sử dụng hết sức rộng rải. Máy ủi dùng, ñể ñào vận chuyển ñất ở cự ly thích hợp nhỏ hơn 100 (m). ðồng thời máy ủi còn thường ñược dùng ñể san sơ bộ mặt bằng. Trong thực tế, máy ủi thường sử dụng làm các công việc sau: - ðào ñắp ñường có ñộ cao không vượt quá 2 m. - San sơ bộ, tạo mặt bằng lớn ñể xây dựng sân quảng trường, sân vận ñộng, khu công nghiệp và các khu ñô thị mới. - San lấp rãnh ñặt ñường ống hoặc mống nhà sau khi ñã thi công xong. - Thu dọn vật liệu phế thải trên hiện trường sau khi công trình ñã hoàn thành. Dồn vật liệu thành ñống cao ñể tạo ñiều kiện thuận lợi cho máy xúc một gầu xúc vật liệu ñổ lên phương tiện vận chuyển khác… 2.2.2 Phân loại máy ủi Bộ phận làm việc chính của máy ủi là bàn ủi. * Theo phương pháp truyền ñộng máy ủi ñược chia làm 2 loại: -Loại truyền ñộng cơ khí: sự truyền ñộng ñược truyền trực tiếp từ ñộng cơ chính ñến tất cả các cơ cấu nhờ các trục, bánh răng, cặp bánh trục vít, xích Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. 18 và các cơ cấu truyền ñộng cơ khí khác. - Loại truyền ñộng thuỷ lực: sự truyền ñộng ñươc thực hiện bằng bơm thuỷ lực (một hoặc nhiều bơm), ống dẫn dầu và ñộng cơ thuỷ lực (môtơ thuỷ lực hoặc xylanh thuỷ lực). Chất lỏng công tác lưu thông tuần hoàn trong ống dẫn, truyền năng lượng từ bơm ñến các ñộng cơ thuỷ lực làm chuyển ñộng các cơ cấu công tác. Loại truyền ñộng thuỷ lực ñang ñược sử dụng rộng rãi vì ñiều khiển nhẹ nhàng, êm và chắc chắn, kết cấu gọn, chăm sóc và bảo quản ñơn giản, dễ dàng. * Phân loại dựa vào cơ cấu di chuyển, máy ủi chia làm hai loại: - Máy ủi bánh xích: Có áp suất xuống ñất nhỏ, bán kính quay vòng nhỏ, khả năng bám váo ñất tốt nên có thể hoạt ñộng ở những nơi có nền ñất yếu, những nơi có ñộ dốc lớn, ñịa hình chật hẹp. - Máy ủi bánh hơi: Có tốc ñộ di chuyển nhanh hơn, nhưng áp suất xuống ñất lớn hơn so với máy ủi bánh xích có cùng trọng lượng. * Phân loại dựa vào góc ñặt của bàn ủi so với trục dọc của máy: - Máy ủi vạn năng: Bàn ủi ñược liên kết với khung ủi qua khớp cầu nên bàn ủi có thể quay trong mặt phẳng ngang và ñặt nghiêng so với trục dọc của máy một góc 450 ÷ 600. - Máy ủi thường (máy ủi cố ñịnh): Bàn ủi luôn luôn ñược ñặt vuông góc với trục dọc của máy. * Phân loại dựa vào công suất của máy, có thể phân loại theo bảng sau: (Trang 193 - Máy làm ñất , Phạm Hữu ðỗng – Nhà xuất bản Xây dựng). Loại máy ủi Công suất ñộng cơ (KW) Rất nhỏ ðến 15 Nhỏ 15 ÷ 60 Trung bình 60 ÷ 110 Lớn 110 ÷ 220 Rất lớn > 220 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. 19 2.2.3 So sánh ñặc tính, công dụng các loại máy ủi sử dụng phổ biến ở Việt Nam - Máy ủi (Liên Xô chế tạo) DT54, DT75, DZ171, C100, ... Máy ủi do Liên Xô chế tạo DT54, DT75, DZ171, C100, ... máy khỏe, dễ sử dụng, phụ tùng thay thế sẵn có, giá cả rẻ, thời gian làm việc bền, dễ chăm sóc. Nhưng có hạn chế là nhiên liệu tiêu hao nhiều, hay hỏng hóc nhỏ, hệ thống di ñộng chỉ phù hợp làm ở ñồng bằng, ñộ dốc thấp, hay tuột xích ở ñộ dốc cao vì không có hệ thống chắn xích. Hình 2.1: Hệ thống di ñộng của máy ủi DT75 (Liên Xô cũ) - Máy ủi (Nhật Bản chế tạo - hãng KOMATSU) D21, D31, D37, D41, D61, D65 Hình 2.2. Máy ủi KOMATSU D275A- 5 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. 20 - Máy ủi (Mỹ chế tạo - hãng Caterpillar) D3G, D4G, D5G, D6G ðặc ñiểm chung: Phù hợp với ñiều kiện làm việc tại Việt Nam ðặc ñiểm riêng: + Máy ủi (Nhật Bản chế tạo - hãng KOMATSU) D21, D31, D37, D41, D61, D65 và máy ủi (Mỹ chế tạo - hãng Caterpillar) D3G, D4G, D5G, D6G Máy khỏe, tiết kiệm nhiên liệu, dễ sử dụng, làm việc ñược ở các ñịa bàn dốc vì có hệ thống chắn xích. Nhưng giá thành cao, phụ tùng thay thế khó Hình 2.3: Hệ thống di ñộng của máy ủi D31 (Nhật Bản) Như vậy, dựa trên những ñặc ñiểm phân tích ở trên ta nhận thấy máy ủi KOMATSU D31 có nhiều ñặc ñiểm nổi trội hơn, phù hợp với ñiều kiện ñịa hình Việt Nam mang lại hiệu quả kinh tế cao. 2.2.4 Cấu tạo chung của máy ủi KOMATSU D31 Máy ủi của hãng Komatsu (Nhật Bản) sử dụng ñộng cơ diesel Komatsu SAA4D102E-2 nạp tuabin và làm mát sau cho công suất 56kW 75HP (ñối với D31EX/PX) và 63kW 85HP (ñối với D37EX/PX), 71kW 95HP (ñối với D39EX/PX), năng suất cao, ñáp ứng tiêu chuẩn Tier II EPA, EU, và các quy ñịnh khí thải của Nhật Bản. Diện tích tiếp xúc nền ñất lớn nhờ xích dài và lá Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. 21 xích rộng, kết hợp với trọng tâm máy thấp tạo một máy ủi cân bằng và chắc chắn, thực hiện công tác san gạt chính xác, ngay cả trên nền ñất xấu và dốc. Khoang chứa ñộng cơ rộng và bố trí ghế của người vận hành hợp lý mang lại tầm quan sát ben ủi tuyệt vời. ðiều này giúp nâng cao năng suất san gạt, giảm thiểu thao tác thừa. Công tác hoàn thiện san nền bằng hay nền gồ ghề có thể thực hiện một cách dễ dàng và vô cùng nhanh chóng. Hinh 2.4. Sơ ñồ bố trí các cơ cấu của máy 1-Máy kéo cơ sở;2- Xilanh nâng hạ bàn ủi; 3-Xilanh nghiêng lưỡi ủi; 4- Bàn ủi; 5- Lưỡi ủi (Dao ủi); 6- Khớp trụ liên kết bàn ủi với khung ủi; 7- Khung ủi; 8- Khớp liên kết khung ủi với máy kéo cơ sở 9 - Thanh chống xiên; 10- ðế xích. Truyền ñộng thủy tĩnh KOMSTAT: Hệ di chuyển thuỷ tĩnh hai ñường 9 10 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. 22 dẫn thay ñổi tốc ñộ tới 8,5 km/h. Hai bơm piston dịch chuyển khả biến và hai ñộng cơ di chuyển công suất khả biến 3 tốc ñộ cho phép người vận hành chọn tốc ñộ tối ña phù hợp với từng công việc. Cần khoá an toàn và công tắc an toàn khởi ñộng tránh cho máy không bị khởi ñộng bất ngờ. Như vậy với nhiều tính năng như trên máy ủi Komatsu ñã và ñang ñược sử dụng rất rộng rãi ở nước ta trong việc thi công mặt bằng các công các công trình xây dựng ñường bộ, các khu công nghiệp khu ñô thị và cả san gạt trên các vùng ñồi dốc. ðặc biệt, máy ủi Komatsu D31 (hình 2.5) là loại máy ñược sử dụng phổ biến ở nước ta do phù hợp với công việc san ủi và khi liên kết với máy ñào hố trồng cây sẽ ñáp ứng ñược yêu cầu của sản xuất. Máy ủi Komatsu D31P là loại máy chuyên dụng ñể san ủi, không có cơ cấu treo, không có trục trích công suất hay ñường dầu dự phòng. ðể lắp ñược máy khoan hố trên máy ủi cần thiết kế cơ cấu treo, cơ cấu nâng hạ và hệ thống truyền ñộng cho máy khoan hố. Dưới ñây là những thông số cơ bản của máy ủi Komatsu D31. Dựa trên những thông số kỹ thuật ñể làm cơ sở cho việc lựa chọn thiết kế cơ cấu nâng hạ cho máy khoan hố, ñặc biệt là hệ thống thủy lực của cơ cấu. Hình 2.5: Máy ủi Komatsu D31P Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. 23 Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật của máy ủi Komatsu D31 Trọng lượng hoạt ñộng 5240 kg Sức kéo lớn nhất 123 kN Khả năng leo dốc 40 ðộ Chiều dài máy cơ sở 2785 mm Chiều rộng máy cơ sở 1850 mm Chiều cao máy cơ sở 1955 mm Công suất bánh ñà 56 kW Tốc ñộ ñộng cơ khi không tải 2000 vòng/phút Mô men xoắn lớn nhất 384 N.m Số xi lanh 5 ðường kính xi lanh 102 mm Hành trình pit tông 120 mm Dung tích buồng ñốt 3900 cm3 Tốc ñộ di chuyển tiến 3.4/5.6/8.5 km/h Tốc ñộ di chuyển lùi 4.1/6.5/8.5 km/h Chiều rộng dải xích 1850 mm Chiều dài dải xích 2010 mm Chiều rộng guốc xích 600 mm Kiểu Lưỡi thẳng Chiều rộng 2435 mm Chiều cao 845 mm Thể tích khối ñất trước lưỡi ủi 1.49 m3 Dung tích thùng nhiên liệu 115 lít Bơm thủy lực 76 l/phút, 245 bar Công suất bơm 31 KW Cơ cấu treo lắp sau Không có – chế tạo thêm Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. 24 2.3 Tìm hiểu về máy khoan hố ñã có, phân tích các ưu nhược ñiểm của máy 2.3.1 Một số loại máy khoan hố trên thế giới và ở Việt Nam. Hiện nay trên thế giới máy khoan hố ñược sử dụng rộng dãi trong các công việc trồng rừng, xây dựng ñường bộ, giao thông, xây dựng các hàng rào, với việc sử dụng máy khoan hố thay thế lao ñộng thủ công luôn ñem lại năng suất cao và hiệu quả kinh tế, tiết kiệm súc lao ñộng. 2.3.1.1 Máy Ямокопатель ДЭМ-112 (ЯК-130) (Máy khoan hố DEM – 112 (YAK – 130). Hình 2.6. Máy Ямокопатель ДЭМ-112 (ЯК-130) Máy Ямокопатель ДЭМ-112 (ЯК-130) do Liên Xô sản xuất hiện ñược sử dụng phổ biến ở các nước châu âu, dùng ñể khoan hố ñược sử dụng nhiều trong xây dựng ñường bộ, phục vụ cho ngành lâm nghiệp, các công việc lắp ñặt các cột, hàng rào, cũng như các công việc cơ giới hóa cây trồng trên quy Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. 25 mô lớn như các các loại cây rừng và cây ăn quả, cây xanh và cây bụi. Hình 2.7. Sơ ñồ máy khoan hố Ямокопатель ДЭМ-112 (ЯК-130) Máy ñược nâng hạ nhờ cơ cấu treo lắp sau máy kéo, lấy nguồn ñộng lực từ trục công suất của máy kéo ñể quay mũi khoan biến ñổi vận tốc quay bằng hộp giảm tốc bánh răng nón. ðộ sâu của hố khoan là 1,3 m. Với mũi khoan dạng xoắn ñất ñược ñưa toàn bộ ra khỏi hố và thành hố bị miết chặt khi ñào. Máy Máy Ямокопатель ДЭМ-112 (ЯК-130) làm việc năng suất, hiệu quả cao. Tuy nhiên nếu sử dụng ở nước ta thì không phù hợp, máy hay quá tải. Nếu gặp ñá, rể cây sẽ gây nguy hiểm. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. 26 2.3.1.2 Máy khoan hố cầm tay ES – 35B. Hình 2.8: Sơ ñồ ñộng học của máy khoan hố trồng cây ES – 35B 1. ðộng cơ ; 2. Ly hợp; 3. Bộ truyền bánh răng nón; 4. Khớp nối trục; 5. Hộp giảm tốc; 6. Lưỡi khoan; 7. Tay cầm Một số thông số kỹ thuật chính của máy khoan hố ES – 35B: Mã hiệu máy : ES- 35B Công suất máy : 2,5 mã lực Mã hiệu ñộng cơ : EL 100/1 Số vòng quay : 4800 v/p Trọng lượng chung : 34 kg Trọng lượng ñộng cơ: 11,3 kg Kết quả sử dụng máy ñào hố cầm tay hai người khiêng ES- 35B cho thấy một số nhược ñiểm: năng suất không cao, không an toàn khi làm việc, không phù hợp với tầm vóc và sức khoẻ người Việt Nam. Ngoài lưỡi khoan dạng khung của máy ES-35B còn gây ra hiện tượng miết chặt thành hố, làm ảnh hưởng ñến sự sinh trưởng phát triển của cây trồng. 1 2 3 4 5 1 0 7 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. 27 2.3.1.3 Máy khoan hố trồng cây do ðH Lâm Nghiệp và ðH Nông Nghiệp chế tạo Hình 2.9. Máy khoan hố trồng cây * Nguyên lý cấu tạo Lưỡi khoan là loại lưỡi làm tơi, không ñưa ñất ra khỏi hố, lưỡi cắt ñáy hố có mũi ở tâm và lắp thêm lưỡi phá ñá và cắt cỏ; máy khoan ñược lắp sau máy kéo và truyền ñộng bằng hệ thống truyền ñộng thủy – cơ kết hợp. Chuyển ñộng quay của trục máy khoan ñược thực hiện nhờ ñộng cơ thủy lực và hộp giảm tốc 1 cấp, nâng hạ bằng cơ cấu treo của máy kéo. Công suất cần thiết kế trên trục máy khoan N = 13,3 kW, sau khi thiết kế và chế tạo, máy khoan hố ñã ñược khảo nghiệm trong ñiều kiện sản xuất. Kết quả: Năng suất thực tế: 1100 hố/ca Số vòng quay n = 1000-1200 vòng/phút. Do truyền ñộng thuỷ lực nên khi khoan toàn khi máy quá tải. ðể thoát tình trạng này của máy khoan hố thì chúng ta có thể ñóng mở ñường dầu bắng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. 28 tay gạt ñể môtơ thuỷ lực quay cùng chiều hoặc ngược chiều khi làm việc. a) Kích thước chính của máy khoan hố + ðường kính của lưỡi khoan: D= 0,38m + Chiều cao lưỡi khoan: H= 0,6m + Góc cắt trước:δ0 = 40- 450 , góc cắt sau ε0=10-150 + Góc trượt của cạnh sắc: ξ= 300- 400. Các số liệu dùng ñể tính toán là kích thước hố, loại ñất và tình trạng mặt ñồi trước khi khoan hố. b) ðường kính của lưỡi khoan. Do có hiện tượng nén ép ñất nên ñường kính thực của hố thường rộng hơn ñường kính của lưỡi ñào. Theo các kết quả kinh nghiệm [16], với các máy ñào hố dạng lưỡi cắt ñáy hố: D= (0,93-0,95)D0; Với D0 - ñường kính hố, D- ñường kính của lưỡi khoan. Theo các yêu cầu lâm sinh, ñường kính của hố ñào D0= 0,4 m, ta có D= 0,372-0,38 m; Chọn D= 0,38 m. ðây cũng chính là kích thước sải cánh của lưỡi khoan. Chiều cao lưỡi khoan (H). Chiều cao lưỡi khoan ñược xác ñịnh theo chiều sâu hố ñào. ðể các chi tiết của cụm trục máy khoan không chạm vào ñất, phần trục máy khoan tối thiểu phải lớn hơn chiều sâu hố. Chọn H = 0,6 m. Góc cắt trước δ0 và góc cắt sau ε0 của lưỡi cắt. Với lưỡi cắt không ñưa ñất ra khỏi hố, nên chọn trị số góc cắt trước δ0 nhỏ. Tuy nhiên ñể tạo khả năng lưỡi cắt tự ăn sâu vào ñất thì nên chọn góc δ0 lớn. Theo [16], ñể mô men cản và lực dọc xuất hiện khi lưỡi cắt làm việc là nhỏ nhất, nên cγhọn góc cắt trước δ0 = 40-450, góc sau ε0=10-150. Ta chọn góc cắt trước danh nghĩa δ0= 400, Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. 29 góc cắt sau danh nghĩa ε0= 150. Trị số của các góc cắt trước thực tế và góc cắt sau thực tế phụ thuộc vào chuyển ñộng của các ñiểm thuộc cạnh sắc khi trục khoan quay và ñược xác ñịnh theo công thức: δ= δ0 - arctg (s/2pir) ε= ε0 - arctg (s/2pir) Trong ñó: s- lượng cung cấp của lưỡi cắt; r- bán kính từ tâm quay ñến ñiểm ñang xét. Góc cắt trượt của cạnh sắc (ξ). ðể lực cản cắt không quá lớn, cần tạo ra khả năng cắt trượt cho cạnh sắc. Theo lý thuyết cắt thái [9], tùy thuộc vào góc giữa phương vận tốc và phương pháp tuyến của cạnh sắc, cũng như vào tính chất ma sát của vật liệu ñược cắt, ñặc trưng bởi góc ma sát ϕ, quá trình cắt sẽ thuộc chế ñộ cắt chặt bổ, cắt có chuyển ñộng dọc và cắt có trượt (hình 3.6). Chế ñộ cắt có trượt yêu cầu chi phí năng lượng nhỏ nhất do lực cản cắt là nhỏ nhất. Chế ñộ cắt chặt bổ ñòi hỏi chi phí năng lượng lớn nhất do lực cản cắt lớn nhất. Chế ñộ cắt có chuyển ñộng dọc không trượt yêu cấu chi phí năng lượng ở mức trung gian, do lực cản cắt nhỏ hơn khi cắt chặt bổ nhưng lớn hơn khi cắt có trượt. Hình 2.10. Các chế ñộ cắt của cạnh sắc: a- Cắt chặt bổ; b- Cắt có chuyển ñộng dọc; c- Cắt có trượt. a) v N b) v N NT Nv F m ξ c) v N NT Nv Fmax m ξ ϕ ϕ R Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. 30 Các nghiên cứu về chi phí năng lượng riêng tiến hành ñối với lưỡi xới có góc tách trong khoảng 25 -350 cho thấy công cắt riêng phần có giá trị cực tiểu khi góc nghiêng giữa phương vận tốc và phương pháp tuyến khoảng 60- 650 (hình 3.5). Với lưỡi cắt ñáy hố ñang thiết kế, nếu chọn góc ξ quá lớn sẽ làm tăng kích thước lưỡi cắt. ðể lực cản cắt không quá lớn, chúng tôi chọn góc nghiêng giữa phương vận tốc và phương pháp tuyến của cạnh sắc ξ= 300- 400. Hình 2.11. Sự phụ thuộc của công cắt riêng phần theo chế ñộ cắt Hình 2.12. Hình chiếu của lưỡi cắt trên mặt phẳng vuông góc với trục quay O ξ, 0 E O 60 - 650 ξ A B C D E ξ ω ξ ξ v n n v A A B C D E ξ ξ ξ Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. 31 Hình chiếu của ñường cạnh sắc lưỡi cắt trên mặt phẳng vuông góc với trục quay ñược thể hiện trên hình 3.8. Cạnh sắc không là một ñoạn thẳng mà có dạng ñường gãy khúc ABCDE, với góc nghiêng so với phương hướng kính một góc bằng góc ξ ñã chọn. Trên hình vẽ, v là phương vận tốc tại ñiểm ñang xét, n là phương pháp tuyến với cạnh sắc tại ñiểm ñó. Góc ξ = (v,n). Việc thiết kế cạnh sắc theo ñường gãy khúc cho phép giảm kích thước lưỡi cắt, ñồng thời còn tạo ra khả năng cắt ñất tốt của lưỡi nhờ hiệu ứng "mũi ñục". Chính các ñiểm nhọn của lưới cắt có tác dụng như những mũi ñục, tạo khả năng phá vỡ liên kết ñất mạnh hơn so với lưỡi cắt không có các ñiểm nhọn Mũi tâm có dạng một “ngòi bút”, với hai nhánh xẻ sang hai bên. ðường kính mũi tâm ñược chọn theo công thức Dmũi= D0/5. Với hố có ñường kính 400 mm, ñường kính mũi tâm Dmũi= 80 mm. Góc cắt sau của mũi tâm ñược chọn trong khoảng 5-100 ñể tạo khả năng cắt ñất tốt. Khoảng cách H2 giữa ñầu mũi tâm ñến cạnh sắc theo chiều trục khoan ñược chọn trong giới hạn: 0,9 Dmũi < H2 <1,2 Dmũi. Với ñường kính mũi tâm 80 mm, ta chọn khoảng cách H2= 80 mm. Chọn ñường kính trục khoan d = 50 mm Các kích thước tấm bắt lưỡi cắt ñược chọn theo kết cấu Việc ghép trục mũi tâm trên trục khoan ñược thực hiện nhờ mối ghép then và chốt hãm. Mối ghép then ñể truyền mô men xoắn, còn chốt ñể ñịnh vị mũi tâm trên trục theo chiều cao. Với các kích thước chính như trên, trục khoan có hình dạng như trên hình 2.13. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. 32 Hình 2.13. Trục khoan hố có lưỡi cắt ñáy hố và mũi tâm 2.3.3 Các thông số ñộng học và ñộng lực học chính của lưỡi khoan Các thông số ñộng học chính của máy khoan là vận tốc quay của trục khoan, lượng cung cấp. Các thông số này có quan hệ chặt chẽ với nhau và phụ thuộc vào công suất truyền ñến trục khoan cũng như mô men cản trên trục khoan. 2.3.3.1 Vận tốc quay của trục khoan Theo các tài liệu về máy khoan hố, vận tốc quay của trục khoan nằm trong khoảng 100 ñến 300 vòng/phút. ðể có cơ sở tính toàn thiết kế máy, chọn sơ bộ vận tốc quay của trục khoan là 200 v/phút. 2.3.3.2 Mô men cản và lực dọc trục trên trục khoan Theo nghiên cứu của Lỗ Văn Trung [7], công suất chi phí cho trục khoan (400x400) là 11 kW, bao gồm công suất chi phí cho mũi tâm, công suất chi phí cho lưỡi cắt ñể cắt ñất, công suất chi cho ma sát trên lưỡi cắt. Mô men cản trên trục khoan có thể xác ñịnh theo công thức sau: M= Mmũi +Mlưỡi cắt+Mma sát lưỡi+Mma sát trục.. (3.6) Trong ñó Mmũi- mô men cản trên mũi tâm; Mlưỡi cắt - mô men cản trên lưỡi cắt ñáy; Mma sát trục - mô men cản do ma sát giữa ñất và bề mặt trục khoan. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. 33 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG HẠ VÀ HỆ THỐNG THỦY LỰC DÙNG CHO MÁY KHOAN HỐ TRỒNG CÂY LÂM NGHIỆP 3.1 Xác ñịnh một số thông số của máy khoan hố Máy khoan hố trồng cây lâm nghiệp do trường ðH Nông nghiệp và ðH Lâm nghiệp thiết kế, chế tạo ñã ñáp ứng ñược yêu cầu lâm sinh và có khả năng ứng dụng rộng rãi trong sản xuất. Tuy nhiên hiện tại các máy ñang ñược ứng dụng trong sản xuất ñều ñược nhân bản trên cơ sở mẫu máy sản phẩm của ñề tài nhánh cấp nhà nước KC07-29-01. ðể mở rộng khả năng ứng dụng của máy, ñáp ứng yêu cầu của thực tiễn sản xuất, cần thiết kế ñể máy có khả năng khoan ñược hố có các kích thước 400x400 mm, 500x500 mm, 600x600 mm ñể trồng các loại cây khác nhau. 3.1.1 Kết cấu máy khoan hố Máy khoan hố cơ sở ñã làm việc tốt nên các kết cấu chung của máy về cơ bản ñược giữ nguyên, ta chỉ thay ñổi các thông số của ñộng cơ thuỷ lực và cấu tạo trục chính của máy khoan ñể có thể thay thế nhanh bộ phận trục khoan khi cần khoan hố có kích thước khác nhau. Cấu tạo trục khoan thể hiện trên hình 3.1 Hình 3.1. Máy khoan hố với các trục khoan tháo lắp nhanh. a- cho hố DxH= 400x400 mm, b- 500x500 mm, c- 600x600 mm Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. 34 3.1.2 Xác ñịnh công suất cần thiết của máy khoan Với máy khoan hố kích thước 400 x 400 mm, theo kết quả tình toán lý thuyết của Lỗ Văn Trung [Nghiên cứu thiết kế máy ñào hố trồng cây trên ñất dốc liên hợp với máy kéo 4 bánh cỡ 30-50 mã lực” - Cao học 12], công suất cần thiết ñể khoan làm việc là 11 kW. Tuy nhiên, khi khảo nghiệm tại Lâm trường Tam Thanh, Phú Thọ trên loại ñất ñồi trồng bạch ñàn lâu năm, ñộ chặt ở ñộ sâu 5 ÷ 10 cm là 28,51 kG/cm2, ñộ ẩm 24%, ñã xác ñịnh ñược công suất chi phí cho máy hoạt ñồng là 13,3 kW [Báo cáo tổng kết ñề tài nhánh cấp Nhà nước “Nghiên cứu cải tiến máy kéo nông nghiệp ñể làm việc trên ñất dốc lâm nghiệp”, KC07- 26-01]. Do kết cấu và nguyên lý làm việc của máy ñược giữ nguyên, chỉ thay ñổi kích thước của các bộ phận làm việc, nên công suất cần thiết cho máy khi khoan hố kích thước 500x500mm, 600x600mm có thể xác ñịnh theo nguyên lý ñồng dạng. Theo lý thuyết tính toán máy khoan hố [10], mô men cản trên trục khoan ñược xác ñịnh theo công thức: M= Mmũi + Mlưỡi cắt+ Mma sát lưỡi+ Mvan chuyen; Trong ñó Mmũi- mô men cản trên mũi tâm; Mlưỡi cắt - mô men cản trên lưỡi cắt ñể thắng lực cản cắt ñất; Mma sát lưỡi.- mô men cản do ma sát giữa ñất và bề mặt lưỡi cắt. Mvan chuyen- mô men cản ñể vận chuyển ñất ra khỏi hố. Mô men cản trên mũi tâm phụ thuộc kích thước mũi tâm và tính chất ñất. Mô men này phụ thuộc ñường kính mũi tâm và tính chất cơ lý của ñất. Theo các kết quả thực nghiệm [10], với mũi tâm có ñường kính 100 - 140 mm, trên các loại ñất có ñộ chặt trung bình trở lên, mô men cản Mmũi có trị số trong khoảng 8-15 kGm. Trên ñất trồng cây lâm nghiệp, ñộ chặt lớn, ta chọn Mmũi= 15 kGm . Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. 35 Mômen cản cắt ñất trên lưỡi cắt phụ thuộc bậc tính chất ñất, các thông số góc ñặt lưỡi cắt, lượng cung cấp theo quan hệ bậc nhất và phụ thuộc ñường kính hố ñào theo quan hệ bậc hai. Mô men ma sát trên lưỡi cắt phụ thuộc bậc hai theo bán kính hố ñào và tính chất ñất. Từ nhận xét trên, có thể thiết lập quan hệ giữa công suất toàn phần và công suất ñể thắng nổi mô men cản trên các bộ phận làm việc của trục khoan như sau: M= Mmũi + Mlưỡi cắt+ Mma sát lưỡi+ Mvân chuyen; M= Mmũi + Mlưỡi cắt+ Mma sát lưỡi ; M= 1500+ k.r2= 4118 kG.cm; ở ñây k là hệ số tỷ lệ, còn r là bán kính hố khoan. Như vậy mô men ñể thắng nối mô men cản trên mũi khoan chiếm 36% và công suất ñể tắng nổi các mô men cản trên lưỡi cắt chiếm 64% trong tổng công suất cho trục khoan làm việc. Các kết quả thực nghiệm ño xác ñịnh công suất chi phí trên trục khoan tại lâm trường cho kết quả: Công suất cần thiết cho trục khoan làm việc là 13,3 kW. Bỏ qua sai khác giữa kết quả tính toán theo lý thuyết và kết quả ño thực nghiệm với trục khoan kích thước ñường kính 400mm, ta xác ñịnh ñược: Nmũi = 4,8 kW= Const; Nlưỡi 400 = 8,5 kW= k.r2; Từ quan hệ Nlưỡi 400= k.2002= 8,5 kW; Nlưỡi 500 = k.2502; Nlưỡi 600= k.3002; Ta xác ñịnh ñược công suất chi cho lưỡi khoan bán kính 250 mm và 300 mm sẽ theo quy tắc tam xuất ñơn thuận: Nlưỡi 500= 8,5.2502/2002= 13,3 kW; Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. 36 Nlưỡi 600= 8,5.3002/2002= 19,1 kW; Tổng công suất cần thiết cho trục khoan ñường kính 500mm sẽ là: N500= 13,3 + 4,8= 18,1 kW, và với khoan ñường kính 600mm sẽ là: N600= 19,1 + 4,8 = 23,9 kW. 3.1.3 Xác ñịnh kích thước trục khoan và các chi tiết chính của máy khoan hố Các kích thước lưỡi cắt ñể khoan hố ñường kính 500mm và 600 mm ñược sao chép từ lưỡi cắt 400 mm. ðường kính trục khoan ñược tính sơ bộ theo sức bền xoắn và kiểm tra sau khi thiết kế chính xác trục. Trường hợp nguy hiểm nhất của trục khoan là khi khoan hố ñường kính hố 600mm. Khi này ứng với công suất trên trục 23,9 kW, số vòng quay trục khoan 300 vòng/phút, ñường kính trục chỗ nhỏ nhất 45 mm, kết quả kiểm tra sức bền trên Inventor thể hiện trên hình 3.3. Hình 3.3. Kiểm tra ñộ bền trục khoan Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. 37 Như vậy trục khoan hoàn toàn ñủ bền. Trên cơ sở kích thước trục ñã chọn, ta thiết kế các chi tiết của trục khoan và toàn máy khoan hố. Bản vẽ chế tạo các chi tiết của máy khoan hố trình bày trong phần phụ lục. Máy khoan hố sau khi thiết kế và lắp ráp ñược cho trên hình 3.4. Hình 3.4. Máy khoan hố Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ................. 38 3.2 Thiết kế bộ phận nâng hạ máy khoan 3.2.1 Nguyên lý cấu tạo của cơ cấu treo trên máy kéo Cơ cấu treo của tất cả các máy kéo mà ta khảo sát ñược thực hiện theo nguyên lý ñòn bẩy – khớp bản lề ñược trình bày trên hình 3.5. Cơ cấu gồm có trục 1 quay nhờ tay ñòn 10 ._.