Luận văn nghiên cứu thiết kế máy đào hố trồng cây trên đồi dốc liên hợp với máy kéo 4 bánh cỡ 30 50 mã lực

khóa luận

Mở đầu 1. Đặt vấn đề Rừng là một tài nguyên vô giá có tác động lớn đến môi trờng sống của động thực vật trên trái đất trong đó có con ngời. Chúng có tác dụng cân bằng hệ sinh thái, bảo vệ môi trờng tự nhiên và là nơi cung cấp nguyên liệu cho nhiều ngành kinh tế (công nghiệp giấy, thủ công mỹ nghệ, cao su .). Hiện nay ở nớc ta tài nguyên rừng vẫn bị tàn phá nặng nề do nhiều nguyên nhân khác nhau, trong đó nguyên nhân chủ yếu do tình trạng du canh du c, phá rừng làm nơng rẫy, khai thác rừng bừa bãi . Theo số liệu điều tra ngành Lâm nghiệp [15], [7] năm 1943 diện tích rừng có 14,5 triệu ha rừng, độ che phủ 36%. Năm 1996 diện tích rừng có 12,2 triệu ha, độ che phủ 28%. Vì vậy việc trồng rừng để phủ xanh đất trống đồi núi trọc là việc làm rất quan trọng đối với nớc ta. Đợc sự quan tâm của đảng và nhà nớc ngành trồng rừng nớc ta có những bớc phát triển mạnh. Cụ thể, theo số lợng thống kê ngành Lâm nghiệp [4] đến năm 1999 diện tích rừng đã tăng lên 10915592 ha, năm 2003 diện tích rừng có 12094518 ha. Mặc dù ngành trồng rừng đã có những bớc phát triển nhng vẫn cha đáp ứng đợc yêu cầu của thực tế, diện tích đất trống đồi núi cha đợc sử dụng vẫn còn rất cao (6771955 ha). Các tỉnh có tỷ lệ diện tích đất trống, đồi núi cha đợc sử dụng đó là: Lai châu có 483379 ha, Điện Biên - 411642 ha, Sơn La - 383212 ha, Yên Bái - 253535 ha, Hà Giang - 258605 ha, Cao Bằng- 250937 ha, Lạng Sơn - 375306 ha, Thanh Hoá - 245931 ha, Nghệ An - 511755 ha, Quảng Nam - 353876 ha, KonTum - 206193 ha, Gia Lai - 345384 ha [4] . Để phát triển rừng nhanh, bên cạnh các chính sách của Đảng và Nhà nớc còn có nhiều biện pháp khoa học và kỹ thuật trồng rừng hiện đại đã đợc áp 1 dụng. Hiện nay ở nớc ta, một trong những công việc rất cần quan tâm đến đó là khâu làm đất, trong đó có khâu đào hố trồng cây. Đây là một công việc quan trọng, nó quyết định tới 25% năng suất của cây trồng [15] và là công việc nặng nhọc. Hiện nay đa số việc đào hố trồng cây là bằng thủ công, công việc này rất vất vả và cho năng suất thấp, chi phí lao động cao, ảnh hởng lớn đến tốc độ phát triển rừng nhất là trên các vùng đất trống đồi núi trọc, đất bị Pheralit mạnh, tầng đất mặt bị chai cứng. Từ 1965 đến nay ngành Lâm nghiệp đã áp dụng nhiều biện pháp cơ giới hoá khác bằng việc nhập khẩu và đa vào sử dụng các loại máy đào hố trồng cây nh : Máy khoan hố ES-35B là loại máy khoan hố hai ngời khiêng của CHDC Đức, máy khoan hố treo sau máy kéo TL-30A, TL-45 của Bungari.Tuy nhiên, do nhiều nguyên nhân về địa hình, tổ chức quản lí , sự phù hợp về tầm vóc và thể lực của ngời công nhân, v.v. nên các máy nhập khẩu vào nớc ta không đợc sử dụng rộng rãi. Hiện tại, công việc trồng rừng ở nớc ta vẫn chủ yếu thực hiện bằng thủ công. Để có thể đa máy đào hố trồng cây vào sản xuất cần phải giải quyết nhiều vấn đề, trong đó có vấn đề nghiên cứu lắp máy khoan hố trên các máy kéo cỡ vừa và nhỏ, cải thiện tính năng kéo bám và tính ổn định chủ động của máy kéo trên dốc để nâng cao hiệu quả sản suất liên hợp máy, cải tiến các bộ phận của máy cho phù hợp với điều kiện làm việc trên các vùng đất dốc đồi núi trọc ở nớc ta. Đề tài Nghiên cứu thiết kế máy đào hố trồng cây trên đất dốc liên hợp với máy kéo 4 bánh cỡ 30-50 mã lực là đề tài sẽ góp phần giải quyết đợc khó khăn trớc mắt, đóng góp tích cực vào việc đẩy nhanh tốc độ trồng rừng ở nớc ta hiện nay. 2 2. Mục đích và nội dung của đề tài Mục đích của đề tài là nghiên cứu thiết kế máy đào hố trồng cây trên đồi dốc miền núi phía Bắc nớc ta, máy sẽ đợc lắp trên máy kéo công suất 30-50 mã lực. Để thực hiện đợc mục đích trên, đề tài cần giải quyết các vấn đề sau: - Phân tích đánh giá tình tình nghiên cứu và sử dụng máy đào hố trồng cây ở nớc ta - Xác định điều kiện làm việc, yêu cầu kỹ thuật đối với máy đào hố và liên hợp máy đào hố - Lựa chọn nguyên lí làm việc và kết cấu tổng thể máy đào hố - Xác định các kích thớc cơ bản của bộ phận làm việc chính của máy - Lựa chọn các bộ phận phụ trợ - Xác định một số tính năng di chuyển và điều khiển liên hợp máy. 3 Chơng 1. tổNG QUAN về máy khoan hố 1.1. Đánh giá Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy khoan hố trồng cây Cơ giới hoá khâu làm đất để trồng rừng đảm bảo cho độ thoáng của đất, độ tơi xốp của đất sẽ giúp cho cây vừa phát triển vừa giữ nớc tạo thành mạch nớc ngầm trong đất, chống xói mòn và tạo ra kết cấu tốt cho đất. Cho đến nay có nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu đến việc cơ giới hoá khâu đào hố trồng cây nhằm tăng năng suất, giảm giá thành, giảm sức lao động thủ công nặng nhọc, ví dụ luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật của tác giả Phạm Quý Đôn Nghiên cứu khả năng sử dụng của một số thiết bị thông dụng ở Việt Nam để làm đất trồng rừng trên dốc đồi trọc miền Bắc Việt Nam, chuyên đề nghiên cứu khoa học Nghiên cứu thực nghiệm để xác định mô men cản tác dụng lên mũi khoan, trờng Đại học Lâm nghiệp, Giang Ngọc Anh, Hoàng Hà, Phạm Ngọc Tỉnh (1999), báo cáo tổng kết Bộ Lâm nghiệp Cải tiến một số thiết bị đào hố trồng cây, luận văn thạc sỹ Nghiên cứu ảnh hởng các thông số hình học của lỡi khoan đến tiêu hao công suất và độ nén chặt của thành hố, trờng Đại học Lâm nghiệp, Hoàng Hữu Đao . Đất Lâm nghiệp hiện nay đa số trồng các loại cây là bạch đàn, keo lá tràm, thông, lim, hồi, trẩu . Các loại cây này có giá trị kinh tế cao dùng làm giấy, thủ công mỹ nghệ . Việc trồng chúng thờng đợc đào bằng các hố có đờng kính 30 ữ 40 cm, sâu 30 ữ 40 cm, khoảng cách giữa các hố 2 ữ 3 m. Đối với đất phẳng có độ dốc nhỏ hơn 5 0 thì trồng thẳng hàng, đất có độ dốc lớn hơn 5 0 trồng so le theo đờng đồng mức, số hố khoảng 2.500 ữ 3.000 hố/ha. Kết quả sử dụng máy đào hố cầm tay hai ngời khiêng ES- 35B cho thấy một số nhợc điểm: năng suất không cao, không an toàn khi làm việc, không phù hợp với tầm vóc và sức khoẻ ngời Việt Nam. Ngoài lỡi khoan dạng khung 4 của máy ES-35B còn gây ra hiện tợng miết chặt thành hố, làm ảnh hởng đến sự sinh trởng phát triển của cây trồng. 7 6 5 3 4 2 1 Hình 1.1. Sơ đồ động học của máy khoan hố trồng ES 35 B 1. Động cơ ; 2. Ly hợp; 3. Bộ truyền bánh răng nón; 4. Khớp nối trục; 5. Hộp giảm tốc; 6. Lỡi 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 động cơ : EL 100/1 Số vòng quay : 4800 v/p Trọng lợng chung : 34 kG Trọng lợng động cơ: 11,3 kG. Năm 1970 theo chơng trình hợp tác với Thụy Điển, nớc ta cho nhập vào loại máy công cụ bán cơ giới mang tên PUTY - PUTY, loại máy này đợc áp dụng đa vào sản xuất rất hạn chế đó là chúng làm việc ở những nơi đất đã cày bừa kỹ và tơi xốp, đến nay loại máy này không còn đợc dùng nữa. Sau năm 1976 một số lâm, nông trờng đã dùng thiết bị lắp sau máy kéo để khoan hố trồng cây nh cao su, cà phê, điều . đạt hiệu quả cao. Sơ đồ này đợc sử dụng lắp sau máy kéo (Hình 1.2) [7]. 5 1 2 1 3 2 4 3 Hình 1.1. Sơ đồ cấu tạo thiết bị khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo 1- Hệ thống nâng hạ thuỷ lực; 2- Hệ thống truyền lực 3- Hộp giảm tốc của máy khoan; 4- Lỡi khoan hố Từ năm 1965 ữ 1980 khoa cơ giới trồng rừng, Viện công nghiệp rừng thuộc Bộ Lâm nghiệp đã quan tâm đến vấn đề đào hố trồng cây lâm nghiệp với các công trình nghiên cứu sau: - Nghiên cứu, cải tiến hộp phát động máy tạo thuận lợi dễ phát động cho máy khoan hố trồng cây loại ES- 35B. - Cải tiến lỡi khoan dạng xoắn ốc, ở đề tài này trọng lợng của mũi khoan đợc giảm xuống từ 12 kg xuống còn 8 kg mà vẫn đảm bảo đợc chất lợng khoan. - Nghiên cứu thay đổi độ cong của đầu lỡi khoan và độ vênh của lỡi khoan dạng khung đảm bảo năng suất cao giảm đợc độ rung của máy [18]. - Năm 1998 nhóm sinh viên nghiên cứu khoa học K41, khoa Công nghiệp và Phát triển nông thôn trờng Đại học Lâm nghiệp, dới sự hớng dẫn của PGS. TS . Nguyễn Nhật Chiêu đã nghiên cứu Sự ảnh hởng của tải trọng ấn khi khoan và độ cứng của đất tới mô men cản của đầu trục máy khoan [1]. Đề tài đã tìm đợc một số thông số tối u cho phép nâng cao chất lợng làm việc 6 của máy, giảm độ miết chặt thành hố. Tuy nhiên đây mới chỉ là những nghiên cứu trên một loại đất cụ thể trong điều kiện làm việc nhất định của máy. Các biện pháp trên đã đợc thực hiện nhng thực tế hiện nay chúng còn nhiều bất cập, đối với nớc ta hiện nay đa số khâu đào đất trồng cây vẫn chủ yếu dùng quốc, thuổng . là chính. Điều này làm ảnh hởng rất lớn đến năng suất lao động, đến tiến độ phát triển chi phí rất cao và ảnh hởng tới sức khoẻ của ngời trồng rừng. 1.2. Các giảI pháp cho vấn đề đào hố Để tăng năng suất, giảm chi phí đối với đề tài này cần phải khắc phục những điểm chính sau: - Cơ giới hoá khâu làm đất, bằng cách nghiên cứu các loại máy khoan cũ, phân tích u nhợc điểm của chúng, từ đó cải tiến, thiết kế, chế tạo các loại máy có khả năng đào hố trồng cây, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật đặt ra, làm việc tốt trên điều kiện đồi dốc . - Cải tiến máy đào hố có động cơ do ngời khiêng phù hợp với tầm vóc và sức khoẻ của ngời Việt Nam. - Tiếp tục nghiên cứu các loại lỡi khoan cho phù hợp với từng loại đất để giảm chi phí năng lợng và thuận lợi cho việc tháo lắp chế tạo. 7 Chơng 2. đối tợng, địa điểm, nội dung và phơng pháp nghiên cứu 2.1. Đối tợng nghiên cứu Các loại máy kéo có công suất 30 ữ 50 mã lực hiện đang có ở Việt Nam có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ khả năng có động cao, chi phí nhiên liệu thấp. Đề tài này đợc thực hiện trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu cải tiến máy kéo nông nghiệp để có thể làm việc trên đất dốc lâm nghiệp với độ dốc không quá 20 0 . Vì vậy giới hạn về độ dốc của mặt đồi khi liên hợp máy đào hố làm việc đợc chọn là 20 0 , liên hợp với máy kéo cỡ công suất 30-50 mã lực. 2.2. Nội dung nghiên cứu * Xác định điều kiện làm việc, đối tợng tác động của liên hiệp máy đào hố trồng cây (độ dốc, đặc điểm địa hình, thành phần cơ giới của đất, các đặc tính cơ lý của đất). *Một số đặc tính của máy kéo và hệ thống truyền động. * Thiết kế máy đào hố: + Lựa chọn nguyên lý làm việc của máy đào hố. + Xác định một số thông số chính của máy đào hố. + Kiểm tra khả một số tính năng di chuyển và điều khiển của liên hợp máy; + Xác định một số thông số chủ yếu của liên hợp máy: -Chế độ làm việc của máy đào hố. - Chi phí năng lợng của máy. - Năng suất lí thuyết của máy đào hố. 8 2.3. Phơng pháp nghiên cứu + Phơng pháp xây dựng mô hình tính toán Để nghiên cứu các liên hợp máy không thể xét đến tất cả mọi yếu tố ảnh hởng đến quá trình làm việc của chúng. Vì vậy trong nghiên cứu ngời ta thờng xây dựng các mô hình tính toán, trong đó chỉ xét đến các yếu tố chính, có ảnh hởng lớn đến các quá trình nghiên cứu mà bỏ qua các yếu tố phụ. Trong đề tài này có sử dụng một số mô hình tính toán đơn giản hoá để nghiên cứu các quá trình cho đơn giản bài toán. Khi nghiên cứu chuyển động của máy kéo trên dốc, có thể giả thiết máy di chuyển theo các đờng đồng mức, nghĩa là di nhuyển ngang dốc với vận tốc thấp và không đổi, vì thế có thể bỏ qua lực cản không khí và các lực quán tính do chuyển động không đều của liên hợp máy gây nên. Khi nghiên cứu mô men cản làm việc của trục khoan bỏ qua mô men ma sát giữa khối đất trong lòng hố và bề mặt trục khoan, vì mô men này không đáng kể. + Các phơng pháp khác: trong quá trình giải quyết các nhiệm vụ của đề tài, đã sử dụng các phơng pháp của cơ học giải tích và cơ học máy, cũng nh sử dụng các phần mềm ứng dụng nh Excel, Inventor 9 Chơng 3. Tính toán thiết kế máy đào hố 3.1. Xác định điều kiện làm việc và yêu cầu kỹ thuật đối với liên hợp máy 3.1.1. Địa hình đặc trng của các vùng đồi trồng cây Lâm nghiệp 1. Diện tích đất lâm nghiệp Theo quyết định số 1116 của Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn công bố số liệu hiện trạng diện tích rừng và đất cha sử dụng tính đến ngày 31/12/2004 trong toàn quốc nh sau: Phân theo chức năng sử dụng Loại đất loại rừng Diện tích (ha) Đặc dụng Phòng hộ Sản xuất I. Đất có rừng 12.306.858 1.920.453 5.920.688 4.765.717 1. Rừng tự nhiên 10.088.288 1.837.076 5.105.961 3.145.251 2. Rừng trồng 2.218.570 83.378 814.726 1.320.466 II. Đất cha sử dụng 6.718.576 479.328 3.709.440 2.529.807 Tỷ lệ che phủ rừng toàn quốc là 36,7%. Chi tiết hiện trạng rừng và đất cha sử dụng của địa phơng (tỉnh, thành phố trực thuộc trung ơng) theo các biểu (từ bảng 1 - 4 phụ lục). 2. Đặc điểm đất lâm nghiệp Thờng đất lâm nghiệp là đất đồi dốc (có độ dốc > 10 0 ). Tuy nhiên khái niệm này chỉ là tơng đối vì trên đồi có những nơi khá bằng phẳng (<10 0 ). Vì vậy bằng phơng pháp xây dựng đờng đồng mức hoặc lợi dụng mặt bằng hoặc bằng loại máy kéo có khả năng vợt (kéo, bám) cao có thể di chuyển để làm việc theo quy trình công nghệ đợc thiết lập trớc cho từng điều kiện địa hình cụ thể. 10 . việc trên các vùng đất dốc đồi núi trọc ở nớc ta. Đề tài Nghiên cứu thiết kế máy đào hố trồng cây trên đất dốc liên hợp với máy kéo 4 bánh cỡ 30-50 mã lực. thuật của hố đào và liên hợp máy đào hố trồng cây trên đồi dốc 1. Yêu cầu kỹ thuật của hố đào Các kích thớc của hố thông dụng dùng để trồng cây lâm nghiệp