Xác định một số thông số tối ưu của xích cưa xăng khi cắt ngang gỗ rừng trồng

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - NGUYỄN NHƯ TÙ NG XÁC ĐINH ̣ MỘT SỐ THÔNG SỐ TỐI ƯU CỦA XÍ CH CƯA XĂNG KHI CẮT NGANG GỖ RỪNG TRỒNG Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiế t bi ̣ giới hóa nông lâm nghiêp̣ Mã số: 60.52.14 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN VĂN QUÂN HÀ NỘI - 2010 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN NHƯ TÙ NG XÁC ĐINH ̣ MỘT SỐ THÔNG SỐ TỐI ƯU CỦA XÍ CH CƯA XĂNG KHI CẮT NGANG GỖ RỪNG TRỒNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2010 ĐẶT VẤN ĐỀ Sau hai mươi năm thực đường lối đổi mới, Việt Nam có thay đổi sâu sắc toàn diện mặt kinh tế xã hội Cùng với tăng trưởng kinh tế nói chung, ngành lâm nghiệp có thay đổi Tài nguyên rừng phong phú đa dạng Việt Nam sau thời gian suy giảm phục hồi Năm 2003 đạt tỷ lệ che phủ 36,1% diện tích lãnh thổ, rừng tự nhiên: 10.004.709ha chiếm 82,7% rừng trồng: 2.089.809 chiếm 17,3% Tổng trữ lượng gỗ 782 triệu m3, rừng tự nhiên: 751,4 triệu m3 chiếm 96% rừng trồng 30,6 triệu m3 chiếm 4% Diện tích rừng trồng hàng năm không ngừng tăng lên, từ năm 1999 đến tăng bình quân 69.000 ha/năm tương đương 0,9% độ che phủ toàn quốc, diện tích rừng toàn giới giảm trung bình 9,391 triệu ha/năm tương đương 0,2 % che phủ [1], [2] Cùng với phát triển của đấ t nước, đời sống kinh tế nhân dân tăng nhanh làm cho nhu cầu gỗ ngày cao Diện tích rừng trồng phát triển mạnh chủ yế u phu ̣c vu ̣ cho nhu cầu gỗ nguyên liệu giấy ván nhân tạo, mô ̣t phầ n làm gỗ nguyên liêụ để làm hàng xuấ t khẩ u Gỗ nguyên liệu để làm hàng xuất nước ta, từ năm 2000 trở lại phần lớn phải nhập từ nước Năm 2003 nhập 250 triệu USD gỗ phụ liệu gỗ, năm 2004 nhập 700 triệu USD tương đương 2,5 triệu m3 gỗ tròn, gỗ xẻ, ván nhân tạo từ 20 nước giới [1], [3] Hiê ̣n nay, ngành khai thác gỗ nguyên liêụ giấ y và ván nhân ta ̣o từng bước đươ ̣c giới hóa, hiêṇ đa ̣i hóa Với điề u kiê ̣n điạ hiǹ h trồ ng rừng nguyên liêụ ở nước ta tương đố i dố c, nhấ t là ở miề n bắ c, viê ̣c đưa các máy móc, thiế t bi ̣ giới vào sản xuấ t còn ̣n chế Thiế t bi ̣ giới đươ ̣c đưa vào sử du ̣ng chủ yế u khâu khai thác gỗ rừng trồ ng là cưa xăng Hầ u hế t các loa ̣i cưa xăng đưa vào sử du ̣ng đươ ̣c nhâ ̣p khẩ u từ các nước: Thu ̣y Điể n, My,̃ Liên Xô, … Các loa ̣i cưa này thường đươ ̣c nghiên cứu và sử du ̣ng điề u kiêṇ và đă ̣c điể m của nước sản xuấ t, sử du ̣ng cưa xăng ở nước ta (với đă ̣c điể m về điề u kiê ̣n làm viê ̣c, tính chấ t gỗ, khác với những quố c gia sản xuấ t cưa xăng) các loa ̣i cưa xăng này vẫn hoa ̣t đô ̣ng bình thường Tuy nhiên, chưa có những nghiên cứu, đánh giá để kiể m tra chế đô ̣ và các thông số làm viêc̣ tố i ưu sử du ̣ng cưa xăng ở nước ta Để cưa xăng làm viêc̣ tố t với từng loa ̣i gỗ, từng điề u kiê ̣n cu ̣ thể của nước ta đảm bảo suấ t cao, chi phí lươ ̣ng thấ p thì viê ̣c nghiên cứu cu ̣ thể và chi tiế t về các thông số tố i ưu của cưa xăng hoa ̣t đô ̣ng là cầ n thiế t Chính vậy, kế t thúc khóa đào ta ̣o thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành kỹ thuật máy thiế t bi ̣ giới hóa nông lâm nghiệp, đồng ý Ban chủ nhiệm Khoa sau đại học Trường Đại học Lâm nghiệp, thực luận văn tốt nghiệp với đề tài: “Xác ̣nh một số thông số tố i ưu của xích cưa xăng cắ t ngang gỗ rừng trồ ng” Mục tiêu luâ ̣n văn: Xây dựng đươ ̣c mố i quan ̣ yếu tố đến suất chi phí lượng riêng cắ t ngang gỗ rừng trồ ng bằ ng xích cưa xăng Từ xác định tri ̣ số tối ưu của mô ̣t số thông số kỹ thuâ ̣t xích cưa xăng cắ t ngang gỗ rừng trồ ng để đạt suất cao chi phí lượng riêng nhỏ Chương TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Nghiên cứu về cưa xăng để chă ̣t ̣ 1.1.1 Khái quát về tin ̀ h hin ̀ h nghiên cứu áp du ̣ng cưa xăng vào chă ̣t ̣ gỗ Cưa xăng là thiế t bi ̣ chă ̣t ̣ cầ m tay đươ ̣c sử du ̣ng rô ̣ng raĩ công nghê ̣ khai thác gỗ Công du ̣ng chủ yế u của cưa xăng là chă ̣t ̣, cắ t cành, cắ t ngo ̣n, cắ t khúc gỗ, ngoài còn có thể sử du ̣ng vào mô ̣t số công viêc̣ khác xẻ gỗ, chă ̣t ̣ tre Theo kế t quả nghiên cứu của tổ chức Nông Lương thế giới FAO [21], [22], từ các nước phát triể n như: Phầ n Lan, Thu ̣y Điể n đế n các nước phát triể n Malaysia, Inđônêxia,…đề u sử du ̣ng cưa xăng là thiế t bi ̣ chính để chă ̣t ̣ gỗ Cưa xăng có rấ t nhiề u các ưu điể m so với các thiế t bi ̣khác như: Kích thước go ̣n nhe ̣, dễ sử du ̣ng, vố n đầ u tư it́ , tiń h đô ̣ng cao (có thể di chuyể n và làm viê ̣c nhiề u loa ̣i điạ hình khác nhau,…) Theo [30], tỷ lê ̣ chă ̣t ̣ gỗ bằ ng giới ở Phầ n Lan là 98% đó tỷ lê ̣ chă ̣t ̣ bằ ng cưa xăng là 70% còn 28% là sử du ̣ng máy chă ̣t ̣ liên hơ ̣p Đố i với Brazil tỷ lê ̣ chă ̣t ̣ bằ ng giới là 90% đó 80% chă ̣t ̣ bằ ng cưa xăng còn 10% sử du ̣ng máy chă ̣t ̣ liên hơ ̣p Theo tài liêụ [25], [26] “Sổ tay về công nghê ̣ thích hơ ̣p các hoa ̣t đô ̣ng Lâm nghiê ̣p ở các nước phát triể n”, đố i với Malaysia, Philippine, Thái Lan tỷ lê ̣ chă ̣t ̣ bằ ng cưa xăng là 90% còn 10% là chă ̣t ̣ bằ ng thủ công Mô ̣t số nước phát triể n ở Châu Phi: Ethiopia, Tanzania, Zimbabwe [31] tỷ lê ̣ chă ̣t ̣ gỗ bằ ng cưa xăng là 70% còn 30 % là chă ̣t ̣ bằ ng thủ công Có rấ t nhiề u công trình nghiên cứu thế giới đã chứng minh rằ ng chă ̣t ̣ gỗ bằ ng cưa xăng giảm thiể u tác đô ̣ng xấ u đế n môi trường sinh thái là chă ̣t ̣ bằ ng máy chă ̣t ̣ liên hơ ̣p Kế t quả nghiên cứu so sánh giữa chă ̣t ̣ bằ ng thủ công, chă ̣t ̣ bằ ng cưa xăng và bằ ng máy chă ̣t ̣ liên hơ ̣p viê ̣c khai thác rừng trồ ng ở Phầ n Lan [25], đã khẳ ng đinh ̣ rằ ng chă ̣t ̣ bằ ng cưa xăng thì chi phí nhỏ nhấ t, ít ảnh hưởng đế n môi trường nhấ t Ở Viê ̣t Nam, giới hóa khâu chă ̣t ̣ cũng sử du ̣ng cưa xăng là chủ yế u, không sử du ̣ng máy chă ̣t ̣ liên hơ ̣p đươ ̣c vì điạ hình phức ta ̣p, rừng phân tán, điề u kiê ̣n kinh tế còn khó khăn Viê ̣c sử du ̣ng cưa xăng để chă ̣t ̣ gỗ ở nước ta đã có từ những năm 1960, theo số liê ̣u điề u tra tỷ lê ̣ chă ̣t ̣ bằ ng cưa xăng chiế m 70% còn 30% là chă ̣t ̣ bằ ng thủ công Trong quá triǹ h nghiên cứu hoàn thiê ̣n cưa xăng mô ̣t số nước phát triể n như: Thu ̣y Điể n, Đức, My,̃ … đã thu đươ ̣c những thành tựa to lớn và đã đươ ̣c công bố nhiề u công trình [29], [38] Hiê ̣n nay, nhiề u hañ g cưa nổ i tiế ng sản xuấ t cưa có chấ t lươ ̣ng cao với số lươ ̣ng hàng triê ̣u chiế c mỗi năm, các hañ g Husqvarna của Thu ̣y Điể n, Stihl của Đức, Mc culloch và Homelite của My,̃ Echo của Nhâ ̣t Bản,….Từ những năm 1980 các nhà chế ta ̣o đã ứng du ̣ng nhiề u thành tựu khoa ho ̣c kỹ thuâ ̣t để chế ta ̣o các loa ̣i cưa có tính ưu viê ̣t ̣ thố ng điê ̣n đã chuyể n từ đánh lửa má vít sang đánh lửa bán dẫn, mô ̣t số chi tiế t làm bằ ng thép đươ ̣c thay bằ ng hơ ̣p kim hoă ̣c bằ ng nhựa tổ ng hơ ̣p nên tro ̣ng lươ ̣ng của cưa giảm xuố ng còn - kg, rung đô ̣ng và tiế ng ồ n cũng đươ ̣c nghiên cứu giảm xuố ng Tóm la ̣i: Cưa xăng đã đươ ̣c các nhà khoa ho ̣c và các hañ g sản xuấ t nghiên cứu và hoàn thiêṇ về kế t cấ u, tro ̣ng lươ ̣ng, công suấ t, tiế ng ồ n và rung đô ̣ng Tuy nhiên, áp du ̣ng với đố i tươ ̣ng là gỗ rừng trồ ng ở nước ta cầ n phải có những nghiên cứu cu ̣ thể để đánh giá chính xác khả áp du ̣ng đồ ng thời đưa hướng nghiên cứu bổ sung hoàn thiê ̣n cưa xăng 1.1.2 Mô ̣t số nghiên cứu quá trin ̀ h sử du ̣ng cưa xăng thế giới Khi sử du ̣ng cưa xăng vào mô ̣t điề u kiêṇ làm viê ̣c cu ̣ thể cầ n thiế t phải có những nghiên cứu để đảm bảo các yêu cầ u về kỹ thuâ ̣t đồ ng thời đem la ̣i hiêụ quả kinh tế cao Tác giả Cunha-IA công trình [20], đã nghiên cứu ảnh hưởng của rung đô ̣ng và tiế ng ồ n đế n suấ t lao đô ̣ng, kế t quả nghiên cứu cho thấ y tiế ng ồ n và rung đô ̣ng của cưa xăng càng nhỏ suấ t lao đô ̣ng càng tăng lên, đố i với loa ̣i cưa có tiế ng ồ n lớn 140dba và rung đô ̣ng lớn 12m/s2 thì suấ t giảm 20% so với cưa cùng loa ̣i có rung đô ̣ng và tiế ng ồ n cho phép Năm 1998 FAO đươ ̣c sự giúp đỡ của chính phủ Phầ n Lan đã thực hiêṇ đề tài: “Đánh giá hiê ̣u quả sử du ̣ng cưa xăng chă ̣t ̣ gỗ rừng trồ ng ta ̣i Zimbabawe” [23], kế t quả nghiên cứu xác đinh ̣ đươ ̣c suấ t và giá thành chă ̣t ̣ của mô ̣t số loa ̣i cưa xăng dùng để chă ̣t ̣ gỗ rừng trồ ng và khẳ ng đinh ̣ sử du ̣ng cưa Husqvarna 365 cho hiêụ quả nhấ t Tác giả Suwala-M công triǹ h [33], đã nghiên cứu giá thành chă ̣t ̣ gỗ ở Ba Lan, kế t quả cho thấ y giá thành chă ̣t ̣ gỗ bằ ng cưa xăng thấ p chă ̣t ̣ bằ ng máy liên hơ ̣p chă ̣t ̣ và thủ công Công trình nghiên cứu: “Năng suấ t của cưa xăng chă ̣t ̣ gỗ rừng trồ ng ở mô ̣t số lâm phầ n của Nhâ ̣t Bản” [28], tác giả cho thấ y thời gian làm viêc̣ ngày là 366 phút, thời gian di chuyể n là 26%, lươ ̣ng ô xy lớn nhấ t cầ n thiế t là 2.42 lít/phút, suấ t trung bình khoảng 15-18m3/ca Trong quá trình nghiên cứu tác giả chưa đề cấ p đế n mô ̣t số yế u tố ảnh hưởng đế n suấ t xích cưa, rung đô ̣ng và tro ̣ng lươ ̣ng cưa Đánh giá về ảnh hưởng của cưa xăng chă ̣t ̣ gỗ đế n môi trường sinh thái có công trình [27], kế t quả nghiên cứu cho thấ y chă ̣t ̣ bằ ng cưa xăng giảm thiể u tác đô ̣ng xấ u đế n môi trường sinh thái so với chă ̣t ̣ bằ ng máy liên hơ ̣p và chă ̣t ̣ bằ ng du ̣ng cu ̣ thủ công Tác giả Sullman công trình [32], đã nghiên cứu sử du ̣ng cưa xăng để sản xuấ t gỗ xẻ ở Guyana, tác giả đã nghiên cứu phương pháp xẻ, suấ t và chấ t lươ ̣ng ma ̣ch xẻ, tin ́ h toán công suấ t của đô ̣ng Tác giả cũng đề xuấ t mô ̣t số giải pháp thay đổ i mô ̣t số thông số của phầ n tử cắ t của xích cưa để chuyể n từ da ̣ng cắ t ngang sang cắ t ̣c để nâng cao suấ t lao đô ̣ng Tóm la ̣i: Đã có nhiề u công trình nghiên cứu quá trình sử du ̣ng cưa xăng để chă ̣t ̣ gỗ, đó cưa xăng không ngừng đươ ̣c cải tiế n, hoàn thiêṇ cho phù hơ ̣p với đố i tươ ̣ng và điề u kiê ̣n sử du ̣ng 1.1.3 Mô ̣t số nghiên cứu hoàn thiêṇ xích cưa xăng Xích cưa là bô ̣ phâ ̣n quan tro ̣ng cấ u cắ t của cưa xăng Theo lý thuyế t cắ t go ̣t các thông số của cắ t ảnh hưởng lớn đế n suấ t, tiêu hao lươ ̣ng và chấ t lươ ̣ng ma ̣ch cắ t, vâ ̣y cùng với viê ̣c hoàn thiêṇ cưa xăng thì xích cưa xăng cũng ngày càng đươ ̣c nghiên cứu và hoàn thiêṇ Đố i tươ ̣ng chủ yế u của cưa xăng là các loa ̣i gỗ cả rừng trồ ng và rừng tự nhiên Ở Liên Xô cũ, viê ̣c tính toán hoàn thiê ̣n ̣ thố ng cắ t của cưa xăng đã được các tác giả công bố các công trình [35], [38] Năm 1950 ở Liên Xô cũ chủ yế u là sử du ̣ng loa ̣i xích cưa có cắ t thẳ ng phầ n tử, sau đó cải tiế n thành loa ̣i xích cưa phầ n tử (loa ̣i xích PC-15M), đă ̣c điể m của loa ̣i xích này là không có gờ ̣n chế ăn gỗ, công du ̣ng chủ yế u là dùng để cắ t ngang gỗ, sử du ̣ng để cắ t chéo thân thì cho suấ t thấ p Xích cưa PC-15M tiế p tu ̣c được cải tiế n thành xích cưa “va ̣n năng” có da ̣ng cắ t hình chữ (Γ) và phủ Crom để tăng đô ̣ cứng vững, chiụ mài mòn, loa ̣i xích này làm viê ̣c tố t quá trình cắ t gỗ dưới bấ t kỳ góc đô ̣ nào đố i với thớ gỗ Các nước phát triể n Thu ̣y Điể n, Canada, My,̃ Đức đã sản xuấ t xích cưa cắ t hỗn hơ ̣p (cắ t ngang, cắ t chéo) thường go ̣i là xích cưa “va ̣n năng”, cắ t có da ̣ng hin ̀ h chữ (Γ) chuyên dùng để chă ̣t ̣ gỗ Trước xích cưa có bước xích và chiề u rô ̣ng của xích lớn, đô ̣ cứng của lưỡi cắ t thấ p nên tiêu hao công suấ t lớn, suấ t thấ p, tuổ i tho ̣ của xích giảm [19] Năm 1980 xích cưa xăng đã đươ ̣c nghiên cứu và hoàn thiê ̣n về bước xích, chiề u dầ y xích, các góc cắ t của phầ n tử cắ t [21], [29] Hiê ̣n nay, tấ t cả các loa ̣i xích cưa xăng chă ̣t ̣ gỗ đề u có da ̣ng hiǹ h chữ (Γ) Để hoàn thiê ̣n xích cưa, các nhà khoa ho ̣c đã sử du ̣ng phương pháp phân tích quá trình cắ t, dùng phương pháp thực nghiê ̣m để xác đinh ̣ các thông số hình ho ̣c của phầ n tử cắ t [24] Tác giả Wang-JingXin, Greene-WD công trình [3], đã nghiên cứu ̣ thố ng mô phỏng bằ ng máy tính sự ảnh hưởng lẫn của các bô ̣ phâ ̣n cưa xăng chă ̣t ̣ gỗ, nghiên cứu đã tìm đươ ̣c các mố i quan ̣ giữa yế u tố lưỡi cắ t đế n công suấ t đô ̣ng Tác giả sử du ̣ng phương pháp thực nghiê ̣m để xác đinh ̣ các thông số của lưỡi cắ t, đường kính bánh chủ đô ̣ng và đã chỉ nguyên lý thiế t kế bánh chủ đô ̣ng hiêṇ thời là không phù hơ ̣p có nhiề u ̣n chế , từ đó đưa nguyên lý mới cho viê ̣c cải tiế n thiế t kế bánh chủ đô ̣ng Kế t luâ ̣n đã chỉ rõ thông số của lưỡi cắ t chỉ phù hơ ̣p với mô ̣t số loa ̣i gỗ Tóm la ̣i: Xích cưa xăng chă ̣t ̣ gỗ đã đươ ̣c nghiên cứu tương đố i hoàn thiêṇ về kế t cấ u, các thông số của lưỡi cắ t và đô ̣ cứng, song các công triǹ h chỉ nghiên cứu mô ̣t số loa ̣i gỗ ở đấ t nước sở ta ̣i, các nghiên cứu đố i tươ ̣ng là gỗ rừng trồ ng còn ̣n chế 1.1.4 Nghiên cứu sử du ̣ng cưa xăng ở Viêṭ Nam Ở Viê ̣t Nam, từ những năm 1960 đã nhâ ̣p mô ̣t số cưa xăng của Liên Xô cũ, sau đó nhâ ̣p mô ̣t số cưa xăng của Cô ̣ng hòa dân chủ Đức cũ nhằ m nâng cao suấ t lao đô ̣ng chă ̣t ̣ gỗ Năm 1979 nước ta nhâ ̣p mô ̣t số loa ̣i cưa Uran 2T và Uran 2TE của Liên Xô cũ Trong quá triǹ h sử du ̣ng còn có nhiề u ̣n chế đă ̣c điể m kỹ thuâ ̣t của máy không phù hợp với điề u kiêṇ điạ hiǹ h và sức khỏe của người Viê ̣t Nam Những năm gầ n đây, nước ta đã nhâ ̣p nhiề u loa ̣i cưa xăng có chấ t lượng tố t như: Cưa Husqvarna, cưa Stihl, cưa Dolmar, …các loa ̣i cưa này có tro ̣ng lượng nhỏ, đô ̣ rung và tiế ng ồ n thấ p phù hợp với điề u kiêṇ điạ hiǹ h và sức khỏe của người Viê ̣t Nam Cưa xăng trở thành thiế t bi ̣ chă ̣t ̣ gỗ phổ biế n ở Viêṭ Nam, song viê ̣c nghiên cứu để sử du ̣ng và hoàn thiêṇ cưa xăng ở Viêṭ Nam còn ̣n chế Tác giả Nguyễn Tro ̣ng Hùng (1985) cùng với Viê ̣n Khoa ho ̣c Lâm nghiê ̣p đã tiế n hành nghiên cứu khảo nghiêm ̣ loa ̣i cưa xăng: cưa Uran-2 của Nga, cưa Husqvarna và cưa Partner của Thu ̣y Điể n Nghiên cứu này đã đưa các kế t luâ ̣n: Cưa xăng của Thu ̣y Điể n có tố c đô ̣ cắ t nhanh hơn, mang vác nhe ̣ nhàng Mô ̣t đời cưa của Thu ̣y Điể n chă ̣t ̣ đươ ̣c khố i lươ ̣ng gỗ lớn gấ p đôi và tiêu thu ̣ nhiên liêụ bằ ng mô ̣t nửa so với cưa Uran-2 [10] Nghiên cứu chỉ tâ ̣p trung đố i tươ ̣ng là rừng tự nhiên gỗ lớn, còn các đố i tươ ̣ng khác thì chưa đề câ ̣p đế n Năm 1987 Tổ ng công ty nguyên liêụ giấ y Viñ h Phú phố i hơ ̣p với chuyên gia Thu ̣y Điể n tiế n hành khảo nghiê ̣m mô ̣t số loa ̣i cưa xăng của hañ g Husqvarna ở vùng nguyên liê ̣u giấ y Viñ h Phú Kế t quả đã xác đinh ̣ đươ ̣c suấ t, chi phí nhiên liê ̣u cho mô ̣t số loa ̣i cưa [7] Quá trình khảo nghiê ̣m chỉ thực hiêṇ hai loài là: Ba ̣ch Đàn và Bồ Đề còn đố i với Keo lá tràm (Loài trồ ng nguyên liê ̣u giấ y phổ biế n hiêṇ nay) thì chưa đươ ̣c tiế n hành khảo nghiê ̣m Năm 1993 Viê ̣n Khoa ho ̣c Lâm nghiêp̣ đã tiế n hành khảo nghiê ̣m cưa xăng P -70 và tời hai trố ng chă ̣t ̣ và vâ ̣n xuấ t gỗ Đước ở rừng gâ ̣p mă ̣n [6], kế t quả cho thấ y có thể áp du ̣ng cưa xăng và tời hai trố ng để khai thác gỗ Đước rừng gâ ̣p mă ̣n Trong tài liê ̣u [15], tác giả Dương Văn Tài đã nghiên cứu tuyể n cho ̣n mô ̣t số loa ̣i cưa xăng để chă ̣t ̣ gỗ rừng trồ ng ở Viêṭ Nam, kế t quả của công triǹ h đã xây dựng đươ ̣c phương pháp tuyể n cho ̣n thiế t bi ̣ chă ̣t ̣, tiế n hành khảo nghiê ̣m mô ̣t số loa ̣i cưa xăng chă ̣t ̣ gỗ rừng trồ ng và lựa cho ̣n đươ ̣c mô ̣t số loa ̣i cưa phù hơ ̣p Năm 2005 luâ ̣n án tiế n sỹ của tác giả Dương Văn Tài nghiên cứu và sử du ̣ng cưa xăng để chă ̣t ̣ mô ̣t số loài Tre ở niề m Bắ c Viê ̣t Nam [17], kế t quả của đề tài đã tiń h toán thiế t kế đươ ̣c da ̣ng xích cưa kiể u mới phù hơ ̣p với quá 62 Trong đó: χ2b = 9.49 Như vâ ̣y: χ2 < χ2b Các số đo thu được của Nr tuân theo phân bố chuẩn - Tính số lầ n lă ̣p la ̣i của mỗi thí nghiê ̣m: S2 = 2.0018 ∆ = 2.5201 (sai số tuyê ̣t đố i lớn nhấ t) Tra bảng chỉ tiêu Student φ = 0.05 ta có: τ = 2.01 m  *S2 2 (4.55)  2.7826 Cho ̣n m = Vâ ̣y số lầ n lă ̣p la ̣i của mỗi thí nghiê ̣m là: m = d Tiến hành thí nghiệm theo ma trận kế hoạch trung tâm hợp thành với số lần lặp lại thí nghiệm m = Kết thí nghiệm ghi phụ lu ̣c 17 Trong trình thí nghiệm, số liệu bất thường phải kiểm tra xem xét không đủ độ tin cậy đươ ̣c tiế n hành làm thí nghiê ̣m lại e Xác định mô hình toán và thực phép tính kiểm tra Kế t quả xử lý tính toán đươ ̣c thể hiêṇ ở bảng 4.4 và ở phu ̣ lu ̣c 18 Bảng 4.4 Tổng hợp giá trị xử lý hàm chi phí lượng riêng STT X1 X2 X3 Y1 Y2 Y3 Ytb Y- Yost Sj -1 -1 -1 50.518 48.113 45.707 48.113 52.243 -4.130 8.530 +1 -1 -1 48.113 52.924 55.329 52.122 49.742 2.380 56.623 -1 +1 -1 46.910 46.910 51.721 48.513 47.151 1.362 12.326 +1 +1 -1 43.301 48.113 45.707 45.707 51.065 -5.358 7.452 -1 -1 +1 50.518 43.301 45.707 46.509 43.504 3.005 13.598 +1 -1 +1 50.518 40.896 40.896 44.103 47.822 -3.719 41.455 -1 +1 +1 42.098 32.476 40.896 38.490 42.021 -3.531 130.086 63 +1 +1 +1 54.127 55.329 54.127 54.528 52.753 1.775 90.976 +1 0 56.131 64.150 59.339 59.873 53.750 6.123 274.216 10 -1 0 56.131 48.113 54.528 52.924 49.634 3.290 74.986 11 +1 45.707 46.910 48.113 46.910 41.162 5.748 1.480 12 -1 43.301 45.707 45.707 44.905 41.242 3.663 7.092 13 0 +1 48.113 44.905 41.698 44.905 42.446 2.459 15.451 14 0 -1 51.320 54.528 52.924 52.924 45.972 6.952 59.554 15 0 40.094 38.490 36.886 38.490 40.408 -1.918 105.169 16 0 40.094 36.886 36.886 37.955 40.408 -2.453 119.719 17 0 40.094 35.283 38.490 37.955 40.408 -2.453 122.291 + Kiể m tra tính đồ ng nhấ t của phương sai Tiêu chuẩn Kohren Gtt = 0.1841 Tiêu chuẩn Kohren tra bảng Gb= 0.3760 Gtt < Gb Vâ ̣y tính đồng phương sai đạt tiêu chuẩn + Hàm chi phí lượng riêng có da ̣ng Y=43.221 - 2.635x1 + 6.689x12 - 2.590x2 + 2.896x2x1 + 5.674x22 10.674x3 + 10.304x1x3 + 0.621x2x3 + 7.491x32 (4.56) Tiêu chuẩ n Student cho các ̣ số là: T00 = 10.9823 T22 = 2.4099 T10 = -0.9060 T30 = 3.6700 T11 = 2.1904 T31 = 3.1688 T20 = -0.8904 T32 = -0.1909 T21 = -0.9182 T33 = 2.3331 + Kiểm tra mức ý nghiã của các ̣ số Sử du ̣ng tiêu chuẩ n Student, những ̣ số có nghiã Ttt > Tb 64 Giá tri:̣ Tb với α =0.05; φ=N(n-1)=34 tra bảng là: Tb=2.02 Như vâ ̣y các hế số sau có mức ý nghiã cao: b00; b22; b30; b30; b31; b33, các ̣ số còn la ̣i có mức ý nghiã thấ p hoă ̣c không có ý nghiã Nhưng viê ̣c bỏ ̣ số nào đó là vầ n đề cầ n xem xét Theo [13] chúng quyế t đinh ̣ không bỏ ̣ số nào để tiêṇ cho viê ̣c tìm giá tri ̣tố i ưu ở mu ̣c (4.4.2.g) Theo [13] chúng quyế t đinh ̣ không bỏ ̣ số nào để tiêṇ cho viê ̣c xác đinh ̣ giá tri ̣tố i ưu + Kiểm tra tính tương thích của mô hình Ftt= 1.0695 < Fb = 3.07 Vâ ̣y mô hình là tương thích + Kiểm tra khả làm viê ̣c của mô hình R2  1 m( N  K * )S  N (m  1)se2 N m (Yu  Y )  N (m  1)S u 1 e (4.57) Trong đó: N = 17; K = 10; Se2 = 9.8625; S2 = 23.95; m = 3; Y  46.7603 Thay vào ta tiń h đươ ̣c: R2 = 0.7795 Ta có: R2 = 0.7795 > 0.75, Như vâ ̣y mô hiǹ h đươ ̣c coi là hữu ić h sử du ̣ng f Chuyển phương trình hồi qui hàm mục tiêu dạng thực Trên sở thay giá trị mã hóa: xi =( X i - X )/ ei vào phương trình hồi quy (4.56) Ta có: X1 1  3.33333X  3.3333 0.3 X 3 x2   X2 3 X  50 x1   0.1X  10 x1  65 Thay ký hiệu x1 bằ ng ∆, x2 bằ ng u, x3 bằ ng β1, sử du ̣ng phần mềm OPT tìm phương trình dạng thực hàm chi phí lượng riêng sau: Nr =533.6838 – 358.1211∆ + 74.3222 ∆2 + 18.6956u + 9.6533∆u + 5.6739u2 – 12.1793β1 + 3.4346∆β1 + 0.0621uβ1 + 0.0749β12 (4.58) g Xác định thông số làm việc tối ưu xích cưa xăng Tìm giá trị cực trị hàm chi phí lượng riêng Y1 theo phương trình (4.56) có dạng: Y=43.221 - 2.635x1 + 6.689x12 - 2.590x2 + 2.896x2x1 + 5.674x22 10.674x3 + 10.304x1x3 + 0.621x2x3 + 7.491x32 Lấ y đa ̣o hàm riêng cho từng biế n số và cho vế phải bằ ng ta có ̣ phương trin ̀ h:   Y1  2.635  12.378x1  2.986x2  10.304x3    x1  Y1  2.590  2.986x1  11.348x2  0.621x3    x2  Y1  10.674  10.304x1  0.621x2  14.982x3    x3 (4.59) 12.378x1  2.986x2  10.304x3  2.635  2.590  2.986x1  11.348x2  0.621x3  2.590 10.674  10.304x  0.621x  14.982x  10.674  (4.60) Với sự trơ ̣ giúp của máy tính để giải ̣ phương trình: Ta có các ma trâ ̣n: 12.378;2.986;10.304   A   2.986;11.35;0.621  10.304;0.621;14.982     2.635    B   2.59  10.674    0.1704;0.0383;0.119    A   0.0383;0.079;0.023    0.011;0.023;0.1494   1 66   0.72    X    0.351  0.972     X = A-1*B Mă ̣t khác: X1 1  3.33333X  3.3333 0.3 X 3 x2   X2 3 X  50 x1   0.1X  10 x1  Từ đó ta xác đinh ̣ trí số tố i ưu của các thông số là: ∆ = 0.78406664 mm u= 2.64924411 cm/s β1 = 59.7207205 đô ̣ Thay giá trị ∆, u, β1 vào phương trình Nr ta có giá tri ̣của Nr là: Nrmin = 38.3997 (Wh/m2) 4.4.3 Vận hành máy với các giá trị tối ưu các thống số ảnh hưởng a Chọn các giá tri ̣tố i ưu Trên sở số liệu tính toán mục(4.4.2) ta có giá trị tối ưu của xích cưa xăng là: ∆ = 0.78406664 mm u = 2.64924411 cm/s β1 = 59.7207205 đô ̣ Để thuâ ̣n tiê ̣n cho quá trình gia công và tổ chức thí nghiê ̣m, chúng cho ̣n các giá tri tố ̣ i ưu của xích cưa xăng là: ∆ = 0.8 mm u = 2.65 cm/s β1 = 60 đô ̣ 67 b Tiế n hành thí nghiê ̣m Sau kiểm tra mô hình thí nghiê ̣m tiến hành kiểm tra gỗ, thiết bị đo và cho máy làm việc để lấy số liệu, kế t quả thí nghiê ̣m đươ ̣c triǹ h bày ở phu ̣ lu ̣c 19 c Xử lý số liê ̣u Theo tài liệu [5], [39] số lượng quan trắc cần thiết để kết tin tưởng xác định công thức tb s nc t  20 (4.61) Trong đó: tb - Chỉ tiêu Student tra bảng phụ thuộc vào độ tin cậy P số lượng quan trắc n P= 0,95;  = 0,05; S2- Phương sai thí nghiệm; 0- Sai số tuyệt đối Kế t quả thí nghiê ̣m và xử lý hàm chi phí lượng riêng Y1, trình bày phụ lu ̣c 19, phu ̣ lu ̣c 20 Ytb  S2  576.1475  38.40983 15 Y  Ytb2  4.000404  n 1 Sai số tuyê ̣t đố i lớn nhấ t là: = 3.287689 Tra bảng chỉ tiêu Student φ = 0.05 ta có: τb =2.10 nct  2.012 * 4.000404  6.5479 3.2876892 Số thí nghiệm thực n= 15 nct Với số liệu thu thập đủ đảm bảo độ tin cậy 95% 68 Chi phí lượng riêng tính toán: Nrtt = 38.399713 (Wh/m2) Chi phí lượng riêng thực nghiê ̣m: Nrtn = 38.40983 (Wh/m2) Mức độ sai khác: 0.03% d Kế t luận - Sự sai lệch không đáng kể, giá trị tối ưu tính toán thực nghiệm chấ p nhận - Các thông số kỹ thuâ ̣t của xích cưa xăng đã lựa cho ̣n là các giá tri ̣ tố i ưu để chi phí lươ ̣ng riêng đa ̣t giá tri nho ̣ ̉ nhấ t Kế t luâ ̣n phầ n thí nghiêm ̣ đa yế u tố - Hàm chi phí lươ ̣ng riêng có da ̣ng: Nr =533.6838 – 358.1211∆ + 74.3222 ∆2 + 18.6956u + 9.6533∆u + 5.6739u2 – 12.1793β1 + 3.4346∆β1 + 0.0621uβ1 + 0.0749β12 - Các tri ̣số tố i ưu của xích cưa xăng đươ ̣c cho ̣n là: ∆ = 0.8 mm u = 2.65 cm/s β1 = 60 đô ̣ KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHI ̣ Kết luận Từ kế t quả nghiên cứu đã trình bày luâ ̣n văn có thể đế n mô ̣t số kế t luâ ̣n sau: 69 Trong điề u kiêṇ xích cưa làm viê ̣c bình thường (đảm bảo phương trình đô ̣ng ho ̣c, đảm bảo đô ̣ sắ c của cắ t) thì suấ t thuầ n túy chỉ phu ̣ thuô ̣c vào tố c đô ̣ đẩ y cưa và chiề u cao ma ̣ch cắ t, mố i quan ̣ đó là hàm bâ ̣c nhấ t đồ ng biế n Các thông số chiề u cao gờ ̣n chế đô ̣ ăn sâu và góc mài của các ít ảnh hưởng hoă ̣c hầ u không ảnh hưởng đế n suấ t thuầ n túy Trong điề u kiêṇ này để nâng cao suấ t thì cầ n phải nâng cao tố c đô ̣ cắ t để nâng cao vâ ̣n tố c đẩ y cưa, hoă ̣c giảm bước t, hoă ̣c tăng lươ ̣ng ăn gỗ của mô ̣t c theo phương trình đô ̣ng ho ̣c Cũng điề u kiê ̣n làm viê ̣c bình thường ảnh hưởng của góc mài cắ t ca ̣nh đáy β2 đế n chi phí lươ ̣ng riêng là rấ t ít hoă ̣c không đáng kể Do vâ ̣y nên sử du ̣ng góc mài cắ t ca ̣nh đáy là: β2 = 450 sẽ thuâ ̣n lơ ̣i cho quá trình dũa xích cưa Sự ảnh hưởng của ba yế u tố : Chiề u cao gờ ̣n chế đô ̣ ăn sâu (∆), vâ ̣n tố c đẩ y cưa (u), góc mài cắ t ca ̣nh bên (β1) đế n chí phí lượng riêng tuân theo quy luâ ̣t hàm bâ ̣c hai Với phương trình hồ i quy có da ̣ng sau: Y=43.221 - 2.635x1 + 6.689x12 - 2.590x2 + 2.896x2x1 + 5.674x22 10.674x3 + 10.304x1x3 + 0.621x2x3 + 7.491x32 Phương trình da ̣ng thực là: Nr =533.6838 – 358.1211∆ + 74.3222 ∆2 + 18.6956u + 9.6533∆u + 5.6739u2 – 12.1793β1 + 3.4346∆β1 + 0.0621uβ1 + 0.0749β12 Trong ba yế u tố ảnh hưởng thì chiề u cao gờ ̣n chế đô ̣ ăn sâu ∆ có mức ảnh hưởng lớn nhấ t đế n chí phí lươ ̣ng riêng vì các ̣ số của nó ở phương trình hồ i quy có ý nghiã nhiề u hơn, còn hai yế u tố tố c đô ̣ đẩ y cưa u và góc mài cắ t ca ̣nh bên β1 có mức đô ̣ ảnh hưởng nhỏ Những giá tri tố ̣ i ưu của ba yế u tố ảnh hưởng xác đinh ̣ đươ ̣c là: ∆ = 0.8 mm 70 u = 2.65 cm/s β1 = 60 đô ̣ Với các giá tri ̣này sẽ cho chi phí lươ ̣ng riêng thấ p nhấ t Giá tri ̣chi phí lươ ̣ng riêng xác đinh ̣ đươ ̣c bằ ng mô hình hồ i quy là: Nrtt = 38.3997 (Wh/m2) Giá tri ̣chi phí lươ ̣ng riêng cha ̣y máy với các thông số tố i ưu là: Nrtn = 38.40983 (Wh/m2) Sai lê ̣ch giữa giá tri ̣lý thuyế t và giá tri ̣thực tế là: 0.03% Đề nghị Từ những kế t quả nghiên cứu và thực tế quá trình thí nghiê ̣m, chúng có mô ̣t số đề nghi sau: ̣ Khi cắ t ngang gỗ rừng trồ ng (gỗ Keo lá tràm) bằ ng xích cưa xăng, với các loa ̣i cưa có tố c đô ̣ cắ t trung biǹ h là 10m/s thì nên dùng loa ̣i xić h cưa (hoă ̣c dũa xić h cưa) có chiề u cao gờ ̣n chế đô ̣ ăn sâu là: ∆ = 0.8mm, góc mài cắ t ca ̣nh bê: β1 = 600, góc mài cắ t ca ̣nh đáy: β2= 450 và vâ ̣n tố c đẩ y cưa là: u = 2.65 cm/s Nên cắ t ngang gỗ có đường kính lớn thì sẽ tâ ̣n du ̣ng đươ ̣c công suấ t của cưa tố t Phải thường xuyên dũa sắ c xić h cưa (tố i thiể u sau 1giờ làm viêc̣ liên tục) sẽ đem la ̣i suấ t cao hơn, đồ ng thời giảm được chi phí lượng, giảm được độ rung chă ̣t ̣ Do ̣n chế về thờ i gian và dung lươ ṇ g củ a mô ̣t luâ ̣n văn tố t nghiê ̣p nên đề tà i chưa nghiên cứ u đầ y đủ ả nh hưở ng củ a cá c yế u tố đế n suấ t và chi phí lươ ṇ g riêng cắ t ngang gỗ rừ ng trồ ng bằ ng xí ch cưa xăng Do vâ ̣y, cầ n tiế p tu ̣c nghiên cứ u ả nh hưở ng củ a cá c yế u tố khá c như: lư c̣ đẩ y cưa, lý tính củ a gỗ , đô ̣ ẩ m gỗ ,… đế n suấ t và chi phí lươ ṇ g riêng để có kế t luâ ̣n đầ y đủ về vấ n đề nà y 71 TÀ I LIỆU THAM KHẢO Tiế ng Viêṭ Ban đạo kiểm kê rừng (2005), Kết chương trình điều tra đánh giá theo dõi diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc 72 Báo cáo tóm tắt kết thực dự án trồng triệu rừng năm 1998-2010 Bô ̣ Nông nghiê ̣p và phát triể n nông thôn (2001), chiế n lược phát triển Lâm nghiê ̣p giai đoạn (2001 – 2010) Vũ Khắ c Bảy (2000), Toán kỹ thuật, Bài giảng cho cao ho ̣c CGHLN và KTG, Trường Đa ̣i ho ̣c Lâm nghiêp, ̣ Hà Tây Đoàn Tử Bình (1995) Bài giảng xác suất thống kê Đại học Lâm nghiệp Đỗ Đình Bình (1993), Khảo nghiê ̣m cưa xăng P-70 và tời hai trố ng chặt hạ và vận xuấ t gỗ Đước ở rừng ngập mặn, Viê ̣n khoa ho ̣c Lâm nghiê ̣p Viê ̣t Nam, Hà Nô ̣i Công ty nguyên liê ̣u giấ y Viñ h Phú (1988), Báo cáo kế t quả ứng dụng một số thiế t khai thác gỗ nguyên liê ̣u giấ y Vũ Cao Đàm (1996), Phương pháp luận nghiên cứu khoa học, NXB khoa ho ̣c và kỹ thuâ ̣t, Hà Nô ̣i Trầ n Chí Đức (1981), Thố ng kê toán học, Nxb Nông nghiêp, ̣ Hà Nô ̣i 10 Nguyễn Tro ̣ng Hùng (1985), Khảo nghiê ̣m một số loại cưa xăng dây chuyề n khai thác gỗ tại Tây Nguyên, Viêṇ khoa ho ̣c Lâm nghiêp̣ Viêṭ Nam, Hà Nô ̣i 11 Đă ̣ng Thế Huy (1995), Phương pháp nghiên cứu khoa học khí Nông nghiê ̣p, Nxb Nông nghiêp, ̣ Hà Nô ̣i 12 Lê Công Huỳnh (1995) Phương pháp nghiên cứu khoa học NXB Nông nghiệp, Hà nội 13 Phạm Văn Lang, Bạch Quốc Khang (1998), Cơ sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm ứng dụng kỹ thuật nông nghiệp, NXB Nông nghiệp, Hà nội 14 Hoàng Nguyên (1980), Máy và thiế t bi ̣ gia công gỗ, NXB Nông nghiê ̣p, Hà Nô ̣i 73 15 Dương Văn Tài (2000), Nghiên cứu tuyể n chọn một số loại cưa xăng chặt hạ gỗ rừng trồ ng ở Viê ̣t Nam, Luâ ̣n văn tha ̣c sỹ khoa ho ̣c kỹ thuâ ̣t Trường Đa ̣i ho ̣c Lâm nghiê ̣p 16 Dương Văn Tài (2002), Cải tiế n xích cưa xăng dùng để chặt hạ tre, Đề tài nghiên cứu Trường Đa ̣i ho ̣c Lâm nghiê ̣p 17 Dương Văn Tài( 2005), Nghiên cứu sử dụng cưa xăng để chặt hạ số loại tre thuộc chi Dendrocalams miền Bắc Việt Nam Luận án tiến sỹ khoa học Viêṇ khoa ho ̣c Lâm nghiêp̣ Viê ̣t Nam, Hà Nô ̣i 18 Bùi Minh trí (1996), Giáo trình tối ưu hoá, NXB Giao Thông Vận Tải, Hà Nội 19 Uxpenxki B.A (1967), Cưa xích khai thác gỗ (bản tiế ng Nga), Nxb Lâm nghiê ̣p Matxcơva Tiế ng Anh 20 Cunha-IA-da; Yamashita-Ry; Correa-IM; Maziero-JVC; Maciel (1998), Evaluation of noise and vibration and noise emitted by a chainsaw preliminary results, Bragantia, Brazil 21 FAO (1990), Case study on Integrated small-scale fores harvesting and wood processing operations, Rome 22 FAO (1998), The procedings of the seminar on small-scale logging operation and machine held at Gapenberg 6/1987, Rome 23 Finland-a country of forests (1984), Finnish Forestry Association, Helsinki 24 Hader-NM (1998), Vibration white finger revisited, Journal-ofOccupational-Environmental-Medicine 25 Kantola.M and K.Virtanen (1996), Handbook on appropriate Technology for forestry operations in developing cuontries, Part I, Helsinki 26 Kantola.M and K.Virtanen (1996), Handbook on appropriate Technology for forestry operations in developing cuontries, Part II, Helsinki 74 27 Knepr-J (1999), Simultanecus research on the performance of motor trimmers and chain saws, Sumarski-List, Crotina 28 Lee-JoonWoo; Park-BumJin; Kim-JaeWon (1998), Work load of felling work using chainsaw on a Japanese larch plantaion site, Journal of Korean Forestry Society 29 Liu-Yishan; Zhang-Lan (1998), A stady on chainsaw chain sprocket design and calculations, Seientina-Silvae-Sinicae, Heilongjiang 30 Machado-cc (1998), Mechanisation in forest operations in Brazil in caparison with Finland Finnish Forest Institute, Brazil 31 Profitable Harvesting (1990), Finnish Foreign Trade Association, Helsinki 32 Sullman-MJM (1998), The production of lumber using chainsaws in Guyana, World-Ecology, Guyana 33 Suwala-M (1998), Costs of work of selected means for harvesting timber, Poland 34 Wang-JingXin, Greene-WD, Wang-FX (1999), An interactive simulation system for modeling stands, harvests, and machines, The University of Georgia, Athens, GA, USA Tiế ng Nga Можаев Д.В.(1987), Механизация и лесозаготовок зарубежом, Лесная 35 пром М 36 37 38 75 39 Пижурин А.В 1984, Исследования процессов дерево-обработки, Лесная пром М 76 PHỤ LỤC ... u ta ̣o của cưa xăng - Động học trình cưa gỗ xích cưa xăng - Lực cắt, công suất cắt và chi phí lượng cưa gỗ xích cưa xăng - Năng suấ t cưa gỗ xích cưa xăng 3.1 Cấu tạo cưa xăng Các nô... 3.2: Bản cưa xăng a Bản cưa xăng có khoét lỗ; b Bản cưa xăng đặc 1- Bản cưa; 2,4- Cơ cấu kẹp cưa; 3- Cơ cấu căng xích; 5- Đỡ bánh răng; 6- Lò xo giảm sóc 20 c Xích cưa Trong loại cưa xăng đại,... xích cưa dùng phổ biến xích cưa vạn Trong dải xích có loại mắt xích mắt xích cắt, mắt xích đẩy mắt xích nối Chúng nối lại với thành vòng kín nhờ chốt xích (hình 3.3) Hình 3.3: Cấu tạo mắt xích