Tổng quan về máy lâm nghiệp
Máy làm đất
Làm đất là bước thiết yếu trong canh tác, giúp cải thiện độ phì nhiêu của đất và tạo điều kiện thuận lợi cho sự sinh trưởng của cây trồng Tùy thuộc vào loại đất và địa hình, cần áp dụng phương pháp cày phù hợp để đạt hiệu quả tối ưu.
Để chuẩn bị đất cho vườn ươm, người ta sử dụng cày thông dụng để xới vỡ lớp đất mặt Tiếp theo, các công cụ như bừa, phay và những dụng cụ phụ trợ khác được dùng để làm tơi xốp đất và san phẳng theo yêu cầu kỹ thuật trong lâm sinh.
Để cải tạo đất đồi trọc có độ dốc trên 10 độ, người ta sử dụng máy ủi để san gạt thành bậc thang theo đường đồng mức Sau đó, tiến hành cày rạch, khoan hố hoặc cuốc hố trên các bậc thang để trồng cây Đối với những đồi có độ dốc thoai thoải dưới 10 độ, phương pháp canh tác có thể linh hoạt hơn.
10 0 người ta dùng cày sâu (cày ngầm) lắp sau máy kéo để cày theo đường đồng mức
Đối với đất ba dan và đất phù sa cổ ở vùng Tây Nguyên và Đông Nam Bộ, phương pháp cày đĩa (hay còn gọi là cày chảo) thường được áp dụng Kỹ thuật này cày úp thành vòng nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc trồng cây, giúp tăng cường hiệu quả canh tác.
Sau khi khai thác rừng kiệt và rừng gỗ lớn, việc trồng lại rừng mới trở nên cần thiết Do thực bì có nhiều lùm bụi, le, lau lách và gốc lớn, cần sử dụng máy ủi để san gạt và xử lý thực bì Đồng thời, máy đào gốc và rã rễ cũng được sử dụng để gom dọn, chuẩn bị hiện trường cho các khâu canh tác tiếp theo.
Máy làm đất là thiết bị quan trọng trong nông nghiệp, được sử dụng phổ biến tại Việt Nam và trên toàn thế giới Các loại máy như máy cày, máy phay, máy khoan hố trồng cây, máy đào gốc, máy ủi và máy san giúp cải thiện hiệu quả canh tác Đặc biệt, ở những vùng địa hình dốc, máy xúc được sử dụng để giảm độ dốc, tạo điều kiện thuận lợi cho sản xuất nông nghiệp.
1.1.1.1 Máy cày đất dưới đây là một số loại máy cày, máy phay hiện đang được sử dụng rộng rãi trong lâm nghiệp và trong nông nghiệp. a) b) hình 1.1: các liên hợp máy làm đất
Trước đây, Việt Nam đã nhập khẩu nhiều loại máy kéo lớn và nhỏ từ các nước như Komatsu, DT-75, T-130, Hanomag K7B, DFH-180, MTZ-50, và UTB Hiện nay, một số công ty và viện nghiên cứu trong nước đã thiết kế thành công các loại máy kéo mang thương hiệu Việt Nam, bao gồm Bông Sen 20, Bông Sen 12, và Bông Sen 8.
(hình 1.1a,b) Các loại máy này phù hợp với điều kiện kinh tế và địa hình việt nam
Hệ thống treo của máy kéo bốn bánh được thiết kế để lắp cày hoặc phay, sử dụng cơ cấu dẫn động bằng thủy lực Cấu trúc của hệ thống bao gồm tay đòn, thanh đỡ, thanh nối tạo thành một cơ cấu bốn khâu bản lề và thanh xiên để điều chỉnh độ chúc của lưỡi cày Khi xi lanh thủy lực hoạt động, tay đòn sẽ chuyển động lắc quanh điểm a, kéo theo thanh đỡ di chuyển quanh điểm b, từ đó thực hiện việc nâng hạ toàn bộ hệ thống cày hoặc phay.
Hình 1 2: sơ đồ hệ thống treo lắp sau máy kéo
1.1.1.2 Máy khoan hố trồng cây
Máy khoan hố trồng cây có nhiều loại với kiểu dáng và kích cỡ khác nhau, đang được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới và tại Việt Nam Nguyên tắc hoạt động của máy là dựa vào chuyển động quay tròn của mũi khoan, được dẫn động từ trục động cơ đốt trong hoặc từ trục thu công suất của máy kéo thông qua các bộ phận truyền lực Chuyển động lên xuống của mũi khoan được thực hiện nhờ hệ thống thủy lực của máy kéo hoặc bằng tay của người điều khiển.
Trong giai đoạn từ những năm 1960 đến 1980, việc sử dụng máy khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo và máy khoan hố trồng cây cầm tay, như es-35b do Đức chế tạo, đã trở nên phổ biến trên toàn thế giới và tại Việt Nam Hiện nay, các quốc gia phát triển đã chế tạo nhiều loại máy khoan hố trồng cây cầm tay với thiết kế gọn nhẹ, dễ dàng điều khiển bởi một người.
Hiện nay, máy khoan hố trồng cây dẫn động bằng thủy lực đã được sản xuất trên toàn thế giới Loại máy này có ưu điểm là truyền được mô men lớn và có cấu trúc đơn giản, đẹp mắt Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của nó là giá thành cao.
Có nhiều loại máy khoan hố trồng cây được lắp đặt trước các máy kéo bánh hơi, với hai chuyển động chính: chuyển động quay của mũi khoan và chuyển động lên xuống nhờ hệ thống tay đòn Tại Việt Nam, nhiều tác giả trong lĩnh vực cơ khí lâm nghiệp đã thiết kế máy khoan hố trồng cây phù hợp với các máy kéo công suất vừa và nhỏ, sử dụng hiệu quả trên địa hình có độ dốc dưới 10 độ, như máy khoan hố lắp trên máy kéo DFH-180, máy kéo Bông Sen - 20, và máy kéo Bông Sen - 8.
Để đảm bảo mũi khoan luôn thẳng đứng trong quá trình làm việc, các hãng sản xuất máy khoan hố trồng cây đã đưa ra nhiều phương án nâng hạ lưỡi khoan Phần lớn các loại máy khoan hố trồng cây gắn sau máy kéo được nâng hạ bằng hệ thống treo có sẵn trên máy kéo, cụ thể là cơ cấu sáu khâu bản lề.
Máy khoan sử dụng cơ cấu bốn khâu bản lề để điều khiển nâng hạ lưỡi khoan, với hệ thống thủy lực được trang bị sẵn trên máy kéo.
Hình 1.4: sơ đồ cơ cấu bốn khâu bản lề và cơ cấu sáu khâu bản lề
Máy gieo hạt, máy trồng cây con
Ở Việt Nam, máy gieo và máy trồng chưa được áp dụng phổ biến trong ngành lâm nghiệp, chủ yếu chỉ thấy trong lĩnh vực nông nghiệp Các máy gieo thường bao gồm các bộ phận chính như bộ phận gieo, ống dẫn hạt và lưỡi rạch Bộ phận gieo có nhiều loại khác nhau, bao gồm máy gieo với bộ phận gieo loại trục chải, trục múc, trục cuốn, loại rung, loại khí động kiểu trống và loại đĩa.
Trong sản xuất lâm nghiệp, việc trồng rừng không chỉ dựa vào lao động thủ công mà còn sử dụng máy móc để nâng cao hiệu quả Máy trồng cây có nhiều kích thước và kiểu dáng khác nhau, phù hợp với điều kiện đất đai và loại cây trồng của từng vùng Dưới đây là một số loại máy trồng cây phổ biến tại Việt Nam.
Máy trồng cây TC-1H, do Phó Tiến sĩ Nguyễn Thanh Quế thiết kế và được chế tạo bởi Nhà máy Cơ khí Lâm nghiệp vào năm 1976, là công cụ cơ giới trồng rừng đầu tiên tại Việt Nam Thiết bị này được gắn sau máy kéo T-45B hoặc MT3-50, và chủ yếu được sử dụng để trồng cây phi lao trên bãi cát hoặc cây bạch đàn.
Máy trồng cây RPK-S, được chế tạo tại Đức vào năm 1974, được thiết kế để treo sau máy kéo ZT-300 Đây là một thiết bị liên hợp hoạt động liên hoàn, thực hiện các công đoạn từ xử lý làm sạch băng trồng, làm đất, cày rạch đến trồng cây thông một năm tuổi trên diện tích chưa đào gốc Bộ phận làm việc chính của máy là hệ thống băng truyền dẫn cây con đến điểm trồng.
Máy trồng cây con CPHM-4, được chế tạo bởi Liên Xô, hiện đang được sử dụng rộng rãi trong ngành sản xuất lâm nghiệp Thiết bị này được lắp đặt sau máy kéo Benlarut và có khả năng trồng cây có bầu hoặc không có bầu, đồng thời thực hiện chức năng tưới nước trong quá trình trồng.
Quá trình chuyển cây từ khay 12 vào guồng 13 được thực hiện bằng tay Guồng đưa cây là bộ phận chính, có chức năng giữ cây và đưa chúng xuống rãnh Nhờ vào cơ cấu hình bình hành, bộ phận này giúp cây con luôn đứng thẳng trong suốt quá trình guồng quay.
Mô men quay từ cầu chủ động của máy kéo qua hộp giảm tốc dẫn động cho cơ cấu hình bình hành làm việc. a) b)
Hình 1.9: a) sơ đồ nguyên lý của máy trồng cây con cphm-4
B) cơ cấu hình bình hành
Hiện nay, trên thế giới có nhiều loại máy trồng cây con, chủ yếu là bán thủ công, với quy trình đưa cây con từ khay chứa xuống cơ cấu trồng vẫn phụ thuộc vào lao động thủ công Việc thiết kế máy trồng cây con hoàn toàn tự động sẽ nâng cao năng suất và giảm bớt sức lao động trong công tác trồng rừng, mở ra cơ hội mới cho các nhà cơ khí lâm nghiệp Hình 1.10 minh họa một số loại máy trồng cây con phù hợp cho các khu rừng trồng bằng phẳng.
Hình 1.10: một số máy trồng cây con phổ biến trên thế giới
Máy chăm sóc và bảo vệ cây trồng
Máy chăm sóc và bảo vệ cây trồng gồm các loại máy: máy xới, máy bón phân, máy tưới cây, máy phun thuốc trừ sâu, máy phát thực bì
Máy xới được gắn sau máy kéo thông qua hệ thống treo, giúp máy xới di chuyển và làm đất tơi xốp khi máy kéo hoạt động Thiết bị này thường được sử dụng trong vườn ươm và rừng mới trồng, cho đến khi cây khép tán, thường trong khoảng thời gian 3 năm.
Hình 1.11: máy xới loại nhỏ
Bộ phận làm việc của máy xới là lưỡi xới, có thể được lắp cứng vào khung máy hoặc lắp trên một nhánh rồi kết nối với khung Tùy thuộc vào độ xới nông hay sâu, người dùng có thể chọn loại lưỡi xới phù hợp, vì có nhiều loại lưỡi khác nhau.
1.1.3.2 Máy phu thuốc trừ sâu
Ngày nay, để bảo vệ cây rừng khỏi côn trùng và sâu bệnh, phương pháp phổ biến nhất được áp dụng là sử dụng hóa chất Việc này giúp đảm bảo sự sinh trưởng và phát triển bình thường của cây.
Đối với quy mô sản xuất nhỏ như vườn cây gia đình và các cây có chiều cao dưới 3,5m, người ta thường sử dụng máy phun thuốc nhỏ gọn, đeo vai với bơm tay hoặc bơm động cơ công suất nhỏ để tạo áp suất phun Trong khi đó, đối với quy mô sản xuất rừng lớn hơn, máy phun thuốc sâu được lắp trên các máy kéo liên hợp Trên thế giới, máy phun thuốc sâu còn được trang bị trên máy bay, phục vụ cho việc sản xuất tại từng cánh rừng hoặc từng địa phương cụ thể.
Máy phun thuốc sâu có cấu tạo nhiều dạng khác nhau tuỳ thuộc là máy phun thuốc nước hay máy phun thuốc bột
Máy phun thuốc nước được chia ra: máy phun thuốc bằng áp suất, máy phun thổi, máy phun mù.
Máy phun thuốc bột gồm dạng trục xoắn và dạng thổi.
Các loại máy phun thuốc trừ sâu có nguyên lý cấu tạo và hoạt động tương tự nhau, nhưng được phân loại dựa trên công suất và cách lắp đặt trên phương tiện di chuyển Máy phun thuốc bao gồm các bộ phận chính như thùng chứa và bộ phận khuấy trộn, bộ phận tạo áp suất phun, và vòi phun.
Hình1 12: một số loại máy phun thuốc sâu
Cây rừng sau thời gian trồng cỏ và cây bụi sẽ phát triển dày đặc, ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của cây Do đó, việc phát bỏ cây bụi thường xuyên là cần thiết để duy trì sự phát triển của cây rừng.
Hiện nay, máy phát cây bụi cầm tay kiểu trục mềm là loại phổ biến nhất tại Việt Nam, nhưng nó có nhược điểm là trục dễ đứt và năng suất không cao Động cơ thường sử dụng là loại 2 kỳ 1 xy lanh, với hệ thống đánh lửa manhêtô hoặc áp điện Mô men từ động cơ được truyền qua trục mềm và bộ truyền bánh răng nón, giúp lưỡi cắt quay tròn để thực hiện quá trình cắt Máy phát thực bì rất đa dạng về kích thước và kiểu dáng.
Máy thướng có thiết kế đơn giản với ba bộ phận chính: bộ phận tạo mô men quay, cơ cấu truyền động và lưỡi cắt Hình 1.13a minh họa các loại máy phát thực bì hiện có.
Hình 1.13: các loại máy phát cây bụi
Máy thu hái và chế biến hạt giống
Thu hái quả cây là một công việc phức tạp, đòi hỏi nhiều nhân lực và thời gian Có nhiều phương pháp thu hái khác nhau, từ thủ công, nửa cơ giới đến hoàn toàn cơ giới hóa toàn bộ quá trình.
Máy thu hái quả cây là thiết bị chuyên dụng giúp hái quả từ các cành cây cao từ 5m đến 30m Thiết bị này nâng cao lồng sắt chứa công nhân, đưa họ đến gần các cành cây có quả chín, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình thu hoạch.
Hình 1.14: máy hái quả cây
Một số sơ đồ nguyên lý máy hái quả cây đã có được cho bởi hình 1.15.
Hình 1.15: một số sơ đồ nguyên lý máy hái quả cây
Việc nâng người lên các cành cây cao sử dụng tay thủy lực như hình 1.15 cho thấy cấu trúc của các cánh tay thủy lực được tạo thành từ các khớp quay và khớp tịnh tiến Cấu trúc này có thể được phân loại thành hai dạng cơ cấu khác nhau.
Hình 1.16: cơ cấu ba khâu của máy thu hái quả
Sau mỗi vụ thu hoạch các loại máy này còn được dùng để cắt tỉa cành cây
Ngày nay, sự phát triển công nghệ đã dẫn đến việc thiết kế nhiều loại robot công nghiệp phục vụ cho nông nghiệp, như robot thu hái cam và robot đa năng với tám tay.
Hình 1.17: robôt thu hái quả cây
Robot thu hái cam bao gồm hai chức năng chính: một robot tiên phong sẽ lập bản đồ vườn cam và xác định vị trí của tất cả các quả cam, trong khi robot thứ hai có nhiệm vụ hái quả.
Robot đầu tiên được trang bị camera đa hướng và hệ thống nhận diện hình ảnh, giúp phát hiện cam trong lá cây Robot thứ hai, kết nối với robot đầu tiên, sử dụng thông tin này để hái quả bằng tám cánh tay dài với ngón tay linh hoạt Bộ não của robot hái quả có khả năng tạo bản đồ 3D của cây và đánh giá độ chín, kích thước cũng như kiểm tra vết đen trên quả, chỉ hái những quả đạt tiêu chuẩn.
Nhu cầu sử dụng robot thu hoạch trái cây đang gia tăng mạnh mẽ Hiện nay, các nhà nghiên cứu đang phát triển robot chuyên dụng cho việc thu hoạch táo, lê, với nguyên tắc hoạt động tương tự như robot thu hoạch cam Tuy nhiên, kích thước và thiết kế các cánh tay của robot sẽ được điều chỉnh để phù hợp với từng loại quả cụ thể.
1.1.4.3 Máy tách hạt Ở quả thịt, hạt được dấu trong phần thịt của quả Để lấy hạt ra quả thịt cần phá bỏ phần thịt của quả Với khối lượng quả ít thì có thể dùng các biện pháp thủ công, với quy mô sản xuất hạt giống lớn thì ta phải dùng máy.
Hiện nay, phương pháp tách hạt khỏi quả thịt phổ biến là rửa bằng nước Quả chín được cho vào thùng chứa, nơi dòng nước chuyển động giúp hòa tan phần thịt quả, từ đó tách riêng được hạt một cách hiệu quả.
Bộ phận quan trọng nhất của máy là thùng xay, nơi quả được xay xát để tạo thành hỗn hợp hạt và thịt quả Hệ thống lọc giúp tách riêng hạt, sau đó được sấy khô để làm hạt giống Đối với quả khô như quả thông, khi chín sẽ trở nên khô ròn, và việc tách hạt ra khỏi loại quả này thường sử dụng máy xát hạt.
Bộ phận chính của máy xát hạt là bàn chà xát hình trụ tròn, bên trong có trục quay với các rãnh lồi Lực ma sát giữa trục quay và bàn chà sát giúp nghiền quả, tạo ra sản phẩm bao gồm hạt giống, vỏ quả, cuống và hạt lép Để tách riêng hạt giống tốt, cần thực hiện quy trình làm sạch và phân loại hạt, thường được thực hiện bằng máy sàng.
Dựa trên các đặc tính vật lý của hạt cây như trọng lượng, hình dáng, kích thước và độ bóng bề mặt, việc lựa chọn thiết bị làm sạch hạt là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng.
Hạt cây và vỏ sau khi được cho vào máy sẽ được làm sạch bằng quạt gió ly tâm Sau đó, hạt cây sẽ được chuyển xuống sàng để tiến hành phân loại.
Kích thước và hình dáng mắt sàng tùy thuộc vào loại hạt cây Lỗ mắt sàng có thể là hình tròn, vuông, hoặc khe hẹp.
Mặt sàng trong quá trình làm việc thực hiện chuyển động lắc qua lại theo chiều ngang hoặc theo một góc nghiêng α, điều này được thực hiện nhờ cơ cấu biên tay quay Sơ đồ nguyên lý của máy sàng lắc được thể hiện trong hình 1.18, với cơ cấu sử dụng là cơ cấu sáu khâu bản lề.
Hình 1.18: a Máy sàng phân loại hạt cây, b Cơ cấu xê dịch sàng
Máy khai thác gỗ
1.1.5.1 Máy dùng trong chặt hạ gỗ
Cưa xăng là công cụ phổ biến trong ngành lâm nghiệp, được sử dụng rộng rãi tại nhiều cơ sở sản xuất Các loại cưa xăng đến từ các nước như Liên Xô, Đức, Nhật Bản, Thụy Điển và Mỹ, với nhiều mã hiệu khác nhau, ngày càng được cải tiến Đây là loại cưa xích sử dụng động cơ đốt trong chạy bằng xăng, chủ yếu phục vụ cho việc chặt hạ và cắt khúc gỗ Hiện nay, cưa xăng có thiết kế công sôn và được điều khiển bởi một người, mang lại hiệu quả cao trong công việc.
Hình 1.19: một số loại cưa xăng
Cưa xăng gồm những bộ phận chính sau: động cơ đốt trong, bộ phận truyền lực, bản cưa và xích cưa.
Xích cưa là thành phần quan trọng nhất của cưa xăng, bao gồm nhiều nhóm mắt xích liên kết với nhau Mỗi nhóm mắt xích được cấu tạo từ ba loại: mắt xích cắt, mắt xích nối và mắt xích đẩy.
B) máy liên hợp dùng trong chặt hạ gỗ
Hiện nay, nhiều quốc gia trên thế giới đã phát triển và sử dụng rộng rãi các loại máy liên hợp khai thác gỗ, mang lại hiệu quả cao trong ngành lâm nghiệp.
• Liên hợp chặt hạ-cắt khúc;
• Chặt hạ-vận xuất-vận chuyển;
Máy liên hợp chặt hạ- cắt khúc chủ yếu làm các công việc chặt hạ cây, cắt cành và cắt khúc
Máy liên hợp chặt hạ- vận xuất làm được các khâu chặt hạ cây, gom gỗ và vận xuất
Máy liên hợp chặt hạ-vận xuất-vận chuyển có thể làm nhiều khâu từ chặt hạ, vận xuất, bốc dỡ đến vận chuyển gỗ
Máy liên hợp khai thác gỗ thường bao gồm các thành phần chính như máy kéo bánh xích hoặc máy kéo bánh hơi có công suất lớn và khả năng di động cao Những máy này được trang bị chuyên dụng để thực hiện các công việc như cắt, bó, gom, bốc dỡ và giữ gỗ trong suốt quá trình chặt hạ, vận xuất và vận chuyển.
Máy khai thác gỗ này rất phù hợp cho rừng trồng trên địa hình thoải, mang lại năng suất cao và loại bỏ những công việc tay chân nặng nhọc, nguy hiểm Việc sử dụng máy còn đáp ứng các yêu cầu lâm học như bảo vệ cây con và chống xói mòn, góp phần bảo vệ môi trường.
Máy liên hợp khai thác gỗ với tay thủy lực, thực hiện một hoặc nhiều thao tác, đang được sử dụng phổ biến ở nhiều quốc gia như Liên Xô, Mỹ, Canada, Phần Lan, Thụy Điển và CHLB Đức.
Hình 1.20: máy liên hợp khai thác gỗ
Trên hình 1.20a là máy đang cắt gỗ, hình 1.20b là hình ảnh máy đang di chuyển trong rừng, hình 1.20c là hình máy đang thực hiện cắt khúc gỗ.
Trang bị chuyên dùng trên máy liên hợp chặt hạ gỗ thường gồm hai phần chính: tay thuỷ lực với kết cấu khác nhau và thiết bị ngoạm cắt
Tay thuỷ lực, như tên gọi của nó, gần giống như tay người được điều khiển bằng thuỷ lực (hình 1.21a).
Tay thủy lực bao gồm các bộ phận như bộ phận tựa và quay, cánh tay, cẳng tay và đầu cẳng tay, giúp kết nối với trang bị làm việc Việc nâng hạ cánh tay được thực hiện thông qua xi lanh thủy lực, trong khi cẳng tay được co duỗi nhờ xi lanh thủy lực khác Tay thủy lực có khả năng quay quanh bộ phận tựa nhờ hệ thống dẫn động thủy lực Đối với máy liên hợp chặt hạ gỗ, đầu cần tay thủy lực có bộ phận treo để kết nối với thiết bị ngoạm - cắt, cũng được dẫn động bằng thủy lực Ngoài ra, một số tay thủy lực còn sử dụng dẫn động cơ khí kết hợp với thủy lực cho các bộ phận này.
Hai thông số quan trọng của tay thủy lực trên máy liên hợp khai thác gỗ là tầm vươn (l) và góc quay (θ) Tầm vươn được định nghĩa là khoảng cách từ đầu cần đến trục trụ quay, và việc lựa chọn tầm vươn phù hợp là rất cần thiết Tầm vươn lớn nhất cho phép thiết bị ngoạm - cắt tiếp cận các gốc cây để thực hiện việc ngoạm, cắt và nâng cây gỗ Tầm vươn trung gian giúp di chuyển cây gỗ trong không gian, trong khi tầm vươn nhỏ nhất cần thiết để đặt cây gỗ lên lưng máy kéo.
Góc quay của tay thủy lực, hay còn gọi là góc xoay của trục 1 quanh trục thẳng đứng, là yếu tố quan trọng quyết định tầm hoạt động của thiết bị trong quá trình chặt hạ hoặc gom gỗ.
Thiết bị ngoạm - cắt bao gồm các bộ phận ngoạm và cơ cấu cắt, được sử dụng để kẹp chặt cây gỗ, giữ cố định trong quá trình cắt và di chuyển cây gỗ đến vị trí đặt.
Ngoạm thường được thiết kế với hai càng cong hoạt động bằng hệ thống thủy lực Ở dưới thiết bị ngoạm, có cơ cấu cắt với nhiều kiểu dáng khác nhau để cắt ngang cây gỗ Thiết bị này được gắn ở đầu cần của tay thủy lực, với khả năng điều chỉnh góc nghiêng nhờ vào xi lanh thủy lực Hình 1.21 minh họa sơ đồ của một loại tay thủy lực cùng với thiết bị ngoạm - cắt của máy liên hợp khai thác gỗ.
Hình 1.21: a Tay thuỷ lực, b Thiết bị ngoạm cắt của máy liên hợp khai thác gỗ
Vận xuất gỗ là sự di chuyển cây gỗ, thân hay khúc gỗ từ nơi chặt hạ, bãi bốc lên các phương tiện vận chuyển
Vận xuất là một công việc thiết yếu trong ngành lâm nghiệp, vì các phương tiện vận chuyển như ô tô và tàu thủy không thể tiếp cận trực tiếp khu vực chặt hạ để lấy gỗ Khác với vận chuyển thông thường, vận xuất diễn ra trên một diện tích rộng lớn trong rừng, nơi không có hạ tầng như cầu hay đường Do đó, quá trình vận xuất phải đối mặt với nhiều khó khăn, dẫn đến tốc độ di chuyển của máy móc thường chậm.
Trong ngành vận xuất gỗ tại Việt Nam và trên thế giới, máy kéo bánh bơm và máy kéo bánh xích là hai loại thiết bị chính, trong đó máy kéo bánh bơm ngày càng được ưa chuộng Điều này đặc biệt phù hợp với điều kiện rừng nhiệt đới Việt Nam, nơi gỗ có đường kính lớn và phân tán, đồng thời cự ly vận xuất thường rất xa.
Việc lựa chọn phương tiện vận xuất gỗ cần được xem xét kỹ lưỡng về cả kinh tế và môi trường Hiện nay, Việt Nam đã nhập khẩu nhiều loại máy kéo phục vụ cho công tác này, bao gồm máy kéo TDT-40, TDT-55, TT-4 từ Liên Xô, LKT-80 từ Tiệp Khắc, Fiat từ Ý, Timbecjack từ Canada, và Volvo từ Thụy Điển.
Máy vận xuất gỗ có hai loại chính: một loại sử dụng cáp chuyên dụng để gom gỗ, và loại còn lại sử dụng càng ngoạm để thu gom gỗ hiệu quả.
1.22 cho ta một số loại máy vận xuất gỗ thông dụng. a) b)
Hình 1.22: a Máy kéo xích tt-4m, b Máy kéo xích tdt-55a,
C Máy kéo bánh hơi lt-157, d.máy kéo bánh hơi valby
Máy chế biến gỗ
Trong dây truyền chế biến gỗ, cưa vòng thường đứng đầu dây truyền
Cưa vòng là một phương pháp cắt kín, với lưỡi cưa chuyển động theo hình vòng tròn và có chuyển động thẳng tại vị trí cắt gọt, đạt tốc độ từ 30-50m/s Phương pháp này thường được sử dụng để xẻ dọc gỗ hiệu quả.
Máy cưa đĩa là thiết bị quan trọng trong dây chuyền chế biến gỗ, thường đứng sau máy cưa vòng Đây là loại cưa xẻ với lưỡi cắt có răng cưa xung quanh chu vi của đĩa quay tròn, thực hiện chuyển động ăn dao để cắt gỗ hiệu quả.
Máy cưa đĩa gồm ba loại: máy cưa đĩa cắt ngang, máy cưa đĩa xẻ dọc, máy cưa đĩa xắt xiên Hình 1.29 là loại máy cưa đĩa cắt ngang. a) b)
Hình 1.29: máy cưa đĩa cắt ngang
Cơ cấu phẳng ba khâu được sử dụng trong máy cưa đĩa cắt ngang, với lưỡi cưa được lắp đặt ở đầu khâu ba Người dùng có thể điều khiển điểm đầu khâu ba của cơ cấu này bằng tay khi máy hoạt động.
Máy cưa đĩa chủ yếu sử dụng động cơ điện làm nguồn động lực Động cơ này truyền mô men qua bộ truyền đai hoặc xích đến lưỡi cưa, giúp lưỡi cưa quay tròn và thực hiện quá trình cắt gỗ hiệu quả.
Khác với máy cưa đĩa, máy cưa sọc lưỡi cưa có chuyển động tịnh tiến, còn gỗ chuyển động thẳng theo phương vuông góc với chuyển động của cưa
Mô men do động cơ điện cung cấp dẫn động cho cơ cấu tay quay con trượt, với con trượt là lưỡi cưa
Máy cưa sọc gồm máy cưa sọc xẻ dọc và máy cưa sọc cắt ngang.
Máy cưa sọc được chia thành hai loại chính: máy cưa sọc xẻ dọc và máy cưa sọc cắt ngang Trong các loại máy này, thường sử dụng hai cơ cấu tay quay khác nhau, bao gồm tay quay con trượt chính tâm và tay quay con trượt lệch tâm.
Hình 1.31: cơ cấu tay quay con trượt
Máy băm dăm gồm hai dạng: máy băm dăm dạng trống, máy băm dăm dạng đĩa.
Máy băm dăm dạng trống gồm bốn lưỡi dao lắp trên chu vi của trống
Khi trống cùng dao chuyển động quay tròn, gỗ di chuyển dọc theo máng kết quả gỗ được băm thành dăm
Khác với máy băm dăm dạng trống, máy băm dăm dạng đĩa gồm bốn lưỡi dao lắp trên bề mặt đĩa có chuyển động quay tròn
Hình 1.32: máy băm dăm dạng trống
Dẫn động cho các máy băm dăm thường từ động cơ điện và qua các hộp giảm tốc
1.1.6.3 Máy sàng dăm Đứng sau máy băm dăm trong dây truyền sản xuất là máy sàng để phân loại dăm Kích thước của dăm quyết định chất lượng của ván (còn gọi gỗ công nghiệp), chính vì vậy khâu phân loại dăm rất được chú trọng Máy có hình dạng và sơ đồ nguyên lý được cho trên hình 1.33.
Máy sàng dăm kiểu lắc sử dụng cơ cấu sáu khâu, bao gồm cơ cấu bốn khâu bản lề kết hợp với cơ cấu tay quay con trượt.
1.1.6.4 Máy ép ngang nhiều tầng
Máy này được thiết kế để ép chặt các thanh gỗ lại với nhau, sử dụng cơ cấu bốn khâu với khâu dẫn có chuyển động tịnh tiến nhờ vào hệ thống thủy lực Cấu trúc chi tiết của máy được minh họa trong hình 1.34.
Hình 1.34: máy ép ngang nhiều tầng
Ngoài ra, trong dây chuyền sản xuất gỗ công nghiệp còn có các loại máy khác như máy chộn keo, máy sấy dăm và máy trải thảm.
Tổng hợp
Tình hình sử dụng máy lâm nghiệp trên thế giới và tại Việt Nam đang phát triển đa dạng và phong phú Các loại máy móc này không ngừng được cải tiến để có thể hoạt động hiệu quả trên những địa hình khó khăn, từ đó giúp giảm thiểu chi phí lao động trong ngành lâm nghiệp.
Bài viết này đã tổng quan các loại máy, xác định vị trí của chúng trong quy trình sản xuất và chức năng cụ thể mà mỗi máy đảm nhiệm Đồng thời, chúng tôi cũng nêu rõ cơ cấu hoạt động của từng loại máy.
Số lượng cơ cấu sử dụng trong máy lâm nghiệp rất đa dạng, bao gồm nhiều loại vật rắn khác nhau Các cơ cấu này có thể được hình thành từ vật rắn không biến dạng, vật rắn biến dạng hoặc dạng dây dẻo.
Để thực hiện các nghiên cứu sâu rộng trong lĩnh vực máy lâm nghiệp, việc phân loại máy theo tiêu chí cụ thể là rất cần thiết Từ góc độ nghiên cứu về cơ cấu, máy lâm nghiệp có thể được phân loại dựa trên loại cơ cấu của chúng Đây chính là cơ sở cho luận văn này.
Phân loại máy lâm nghiệp
Cơ sở phân loại
Khâu và chi tiết máy
Máy bao gồm nhiều bộ phận chuyển động tương đối với nhau, mỗi bộ phận có chuyển động riêng biệt được gọi là khâu Khâu có thể là vật rắn không biến dạng, vật rắn biến dạng hoặc dây dẻo Trong nghiên cứu này, chúng ta tập trung vào khâu là vật rắn không biến dạng Khâu có thể là một chi tiết máy hoặc một tập hợp các chi tiết máy được ghép cứng lại với nhau, trong đó mỗi chi tiết máy là một bộ phận không thể tháo rời của máy.
Nối động, thành phần khớp động và khớp động
Khâu là vật rắn không biến dạng, do đó khi hai khâu tách rời trong không gian, chúng sẽ có 6 bậc tự do tương đối Trong hệ tọa độ vuông góc oxyz gắn liền với một trong hai khâu, các bậc tự do của khâu còn lại được xác định rõ ràng.
Ba chuyển động quay qx, qy, qzquanh trục ox, oy, oz
Ba chuyển động tịnh tiến tx, ty, tzdọc theo trục ox, oy, oz
Nếu 2 khâu để rời trên cùng một mặt phẳng thì số bậc tự do tương đối sẽ là ba Khi tập hợp các khâu lại trong máy người ta hạn chế bớt số bậc tự do tương đối giữa các khâu bằng cách bắt chúng tiếp xúc với nhau theo một quy cách nhất định Bề mặt tiếp xúc của mỗi khâu tại khớp gọi là thành phần khớp Hai thành phần khớp tạo thành một khớp động Khớp động có thể phân thành khớp thấp và khớp cao tuỳ thuộc vào dạng tiếp xúc
Khớp thuộc dạng khớp thấp nếu hai thành phần tiếp xúc là mặt
Khớp thuộc dạng khớp cao nếu hai thành phần tiếp xúc là điểm hoặc đường.
Có sáu loại khớp thấp và hai loại khớp cao cơ bản thường dùng trong cơ cấu máy, đó là:
Khớp quay, hay còn gọi là khớp quay bản lề, cho phép chuyển động quay giữa hai khâu quanh một trục nhất định Loại khớp này hạn chế khả năng di chuyển của các thành phần khớp, đảm bảo sự ổn định trong các hoạt động.
0 1 x y tx ty qy qx z tz q z
Khớp lăng trụ (prismatic joint) cho phép hai khâu trượt trên nhau theo một trục, hạn chế năm khả năng chuyển động tương đối giữa hai khâu với một bậc tự do Khớp này còn được gọi là khớp trượt hay khớp tịnh tiến.
Khớp trụ (khớp hình trụ) cho phép hai loại chuyển động độc lập: một là chuyển động quay quanh trục, và hai là chuyển động tịnh tiến dọc theo trục quay Với cấu trúc này, khớp trụ hạn chế bốn khả năng chuyển động giữa hai khâu, đồng thời có hai bậc tự do.
Khớp ren (helical joint) cho phép chuyển động quay quanh trục và tịnh tiến theo trục quay Tuy nhiên, chuyển động tịnh tiến phụ thuộc vào chuyển động quay, dẫn đến việc khớp ren hạn chế năm bậc tự do, chỉ còn lại một bậc tự do.
Khớp cầu (spherical joint) cho phép chuyển động quay giữa hai thành phần khớp quanh tâm cầu theo mọi hướng, nhưng không cho phép chuyển động tịnh tiến Do đó, khớp cầu hạn chế ba khả năng chuyển động và duy trì ba bậc tự do.
Khớp phẳng (plane joint) cho phép hai khả năng chuyển động tịnh tiến theo hai trục trong mặt phẳng tiếp xúc và một khả năng chuyển động quay quanh một trục vuông góc với mặt phẳng đó Nhờ vào cấu trúc này, khớp phẳng hạn chế ba bậc tự do, đồng thời để lại ba bậc tự do cho các chuyển động khác.
Khớp bánh răng phẳng (gear joint) cho phép hai bánh răng ăn khớp với nhau, với các mặt tiếp xúc đẩy và trượt trên nhau Nhờ đó, khớp bánh răng hạn chế bốn khả năng chuyển động tương đối giữa hai thành phần, giữ lại hai bậc tự do.
Khớp cam phẳng, hay còn gọi là cam pair, tương tự như khớp bánh răng, bao gồm một vòng giúp duy trì sự tiếp xúc liên tục giữa hai thành phần khớp Nhờ vào thiết kế này, khớp cam phẳng có hai bậc tự do, mang lại sự linh hoạt trong chuyển động.
Chuỗi động là hệ thống các khâu liên kết với nhau qua các khớp động Trong đó, khâu được thể hiện bằng lược đồ khâu, còn khớp được biểu diễn bằng lược đồ khớp Chuỗi động thường được mô tả thông qua lược đồ chuỗi để minh họa cấu trúc và chức năng của nó.
Về mặt cấu trúc, ta phân biệt hai loại chuỗi động, các chuỗi động hở và các chuỗi động kín:
• Chuỗi động hở là chuỗi động trong đó có các khâu chỉ được nối với một khâu khác.
• Chuỗi động kín là chuỗi động trong đó mỗi khâu được nối với ít nhất hai khâu khác.
Về mặt tính chất chuyển động ta phân biệt các chuỗi động không gian và các chuỗi động phẳng:
• Chuỗi động không gian có các khâu chuyển động trên các mặt phẳng không song song với nhau
• Chuỗi động phẳng có các khâu chuyển động trên những mặt phẳng song song với nhau
Cơ cấu là một chuỗi động, trong đó một khâu được chọn làm hệ quy chiếu, gọi là giá, và các khâu còn lại là các khâu động có chuyển động xác định trong hệ quy chiếu này Giá có thể là cố định hoặc không cố định, nhưng thường được xem là cố định trong nhiều trường hợp.
Các cơ cấu được tạo thành từ các chuỗi động hở phẳng có hai khâu
(hình 1.36a) hoặc từ các chuỗi động kín thuộc lớp các cơ cấu truyền thống
Các cơ cấu robot bao gồm các chuỗi động hở không gian và thường có ít nhất ba khâu động, không tính phần làm việc gắn với khớp động cuối cùng.
Bậc tự do của cơ cấu là yếu tố quan trọng trong nghiên cứu động học, xác định số lượng thông số độc lập cần thiết để định hình cấu trúc của cơ cấu Số bậc tự do phản ánh các thông số đầu vào cần thiết để đạt được cấu hình hoàn chỉnh của hệ thống.
Phân loại máy lâm nghiệp
Dựa trên lý thuyết cơ cấu đã trình bày, máy lâm nghiệp có thể được phân loại theo loại cơ cấu, một vấn đề chưa được đề cập trước đây Có hai loại cơ cấu trong máy lâm nghiệp: loại một là cơ cấu từ các chuỗi động kín (cấu trúc mạch kín) và loại hai là cơ cấu từ các chuỗi động hở (cấu trúc mạch hở) Chi tiết phân loại được thể hiện trong hai bảng dưới đây.
Bảng 1.1: cơ cấu có cấu trúc mạch kín
Cơ cấu cấu trúc mạch kín Tên máy Hình vẽ Trang
Cơ cấu bốn khâu 1 Máy cày
2 Máy khoan hố trồng cây
4 Máy ép ngang nhiều tầng
Cơ cấu sáu khâu 1 Máy ủi
3 Máy sàng phân loại hạt
Cơ cấu tay quay con trượt Máy cưa sọc Hình 1.30 38
Bảng 1.2 nêu rõ cơ cấu có cấu trúc mạch hở
Bảng 1.2: cơ cấu có cấu trúc mạch hở
Cơ cấu cấu trúc mạch hở
Tên máy Hình vẽ Trang
Tay thủy lực 1.máy xúc
3 Máy liên hợp khai thác gỗ
Cơ cấu ba khâu phẳng Máy cưa đĩa cắt ngang Hình 1.29 37
Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích động học của cơ cấu robot ba khâu, nhằm tạo nền tảng cho bài toán tổng hợp cơ cấu robot thu hái quả.
Mục tiêu của luận văn này là nghiên cứu cơ sở khoa học để lựa chọn chế độ động học cho hệ thống cơ cấu trong các liên hợp máy phục vụ sản xuất lâm nghiệp Nghiên cứu động học tập trung vào việc phân tích các chuyển động mà không xem xét đến lực tác động, chỉ chú trọng vào vị trí, vận tốc và gia tốc của các thành phần cấu tạo nên cơ cấu.
Xác định vị trí các khâu là bước đầu của quá trình phân tích động học
Để tối ưu hóa hoạt động của các cơ cấu trong máy, cần xác định vị trí và hình dáng hợp lý của các khâu, cũng như kích thước vỏ máy Quỹ đạo của các điểm đặc trưng trên khâu là yếu tố quan trọng trong quá trình công nghệ Việc nắm rõ vận tốc của các điểm khác nhau giúp tính toán công suất, độ bền mòn và quy luật chuyển động thực tế của máy Gia tốc đóng vai trò quan trọng trong việc xác định lực quán tính trong quá trình chuyển động, từ đó làm cơ sở cho nghiên cứu động lực học máy Luận văn sẽ trình bày các nội dung chính để đạt được những mục tiêu này.
Tổng quan hệ thống máy dùng trong sản xuất lâm nghiệp:
- Máy gieo, trồng và chăm sóc;
Căn cứ vào lý thuyết cơ cấu tiến hành phân loại máy lâm nghiệp theo loại của cơ cấu.
Phương pháp khảo sát bài toán động học cơ cấu.
Phân tích động học một số cơ cấu cụ thể của máy lâm nghiệp
Chương ii: phân tích động học cơ cấu
Trong chương trước, chúng ta đã xem xét tổng quan về các máy ứng dụng trong lĩnh vực lâm nghiệp và phân loại cơ cấu của từng liên hợp máy Tiếp theo, chúng ta sẽ xác định quy luật chuyển động của các cơ cấu, bao gồm vận tốc và gia tốc Nội dung này thực chất là bài toán phân tích động học cơ cấu, có ý nghĩa quan trọng trong việc thiết kế hoặc cải tiến máy mới dựa trên máy cơ sở hiện có, nhằm phục vụ hiệu quả cho quá trình sản xuất.
Theo bảng 1.1 và 1.2, để giải quyết bài toán phân tích động học cơ cấu, cần ít nhất hai phương pháp Luận văn này áp dụng phương pháp số cho các cơ cấu mạch kín và phương pháp ma trận Denavit-Hartenberg cho các cơ cấu mạch hở.
Nội dung cụ thể của từng phương pháp sẽ được trình bày chi tiết trong chương này
Như vậy cần làm rõ các vấn đề sau:
Các khái niệm cơ bản;
Phân tích động học cơ cấu có cấu trúc mạch kín;
Phân tích động học cơ cấu có cấu trúc mạch hở.
Các cơ cấu sử dụng trong máy lâm nghiệp có vai trò quan trọng trong việc hoàn thành các quy trình công nghệ Điểm làm việc được xác định là một điểm đặc trưng trên các khâu của cơ cấu, giúp đảm bảo hiệu quả và chính xác trong hoạt động của máy.
Ví dụ ở máy cày, máy khoan hố trồng cây, máy trồng cây con,… vì vậy luận văn sẽ trình bày một cách ngắn gọn về động học vật rắn.
