Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ứng suất và biến dạng của tay thuỷ lực khi làm việc ở giai đoạn quá độ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ĐINH THỊ HỢI NGHIÊN CỨU ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CỦA TAY THUỶ LỰC KHI LÀM VIỆC Ở GIAI ĐOẠN QUÁ ĐỘ LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Hà Nội - 2009 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ĐINH THỊ HỢI NGHIÊN CỨU ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CỦA TAY THUỶ LỰC KHI LÀM VIỆC Ở GIAI ĐOẠN QUÁ ĐỘ Chuyên ngành: Máy thiết bị giới hố nơng - lâm nghiệp Mã số: 60 52 14 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS Nguyễn Nhật Chiêu Hà Nội - 2009 MỞ ĐẦU Trong khai thác gỗ rừng trồng khâu bốc dỡ gỗ khâu nặng nhọc, nguy hiểm cần giới hoá Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, năm 2005 đề tài cấp nhà nước KC- 07- 26 thiết kế, chế tạo khảo nghiệm sản xuất tay thuỷ lực lắp máy kéo Shibaura SD 2843 để bốc dỡ gỗ rừng trồng Trong thiết kế, đề tài tính tốn thiết kế kết cấu tay thuỷ lực theo phương pháp sức bền vật liệu, kiểm tra bền tiết diện nguy hiểm Đề tài kể đến tải trọng động, công thức tính bền có nhân với hệ số động theo kinh nghiệm Qua thử nghiệm sản xuất, kết cho thấy tay thuỷ lực đủ bền Do đề tài chưa nghiên cứu sâu động lực học mà nhân hệ số động theo kinh nghiệm tính tốn nên kết cấu kim loại cịn nặng thừa bền dẫn đến giảm tải trọng hữu ích có chi tiết chưa đủ bền, đặc biệt tay thuỷ lực làm việc giai đoạn độ( bắt đầu nâng tải, hạ tải phanh, bắt đầu quay) Vấn đề giải cách khảo sát ứng suất biến dạng tay thuỷ lực làm sở cho việc thiết kế tối ưu kết cấu kim loại theo hướng giảm trọng lượng thân, tăng tải trọng có ích tay thuỷ lực đồng thời giúp cho việc chọn chế độ sử dụng hợp lý Tuy nhiên, chưa có đề tài nghiên cứu ứng suất biến dạng tay thuỷ lực lắp máy kéo Shibaura SD 2843 làm việc giai đoạn độ Thực tế cho thấy, phát triển mạnh mẽ ngành tin cho phép nhà nghiên cứu nghiên cứu đặc tính động học, động lực học độ bền kết cấu, hệ thống mức độ cao Với việc khai thác ứng dụng phần mềm tin học giải tốt vấn đề khảo sát ứng suất biến dạng tay thuỷ lực làm việc giai đoạn độ Xuất phát từ lý tiến hành đề tài luận văn “Nghiên cứu ứng suất biến dạng tay thuỷ lực làm việc giai đoạn độ” * Ý nghĩa khoa học đề tài: - Xây dựng mơ hình 3D, mô động tay thuỷ lực phần mềm Slidwork Cosmos motion - Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn với phần mềm ANSYS mô phỏng, xác định ứng suất biến dạng số phận tay thuỷ lực làm việc giai đoạn độ (bắt đầu nâng tải, hạ tải phanh, bắt đầu quay) * Ý nghĩa thực tiễn đề tài: Trên sở kết xác định ứng suất biến dạng tay thuỷ lực làm việc giai đoạn độ, so sánh với kết tính tốn trước đây, đưa thơng số tối ưu làm sở khoa học cho việc hoàn thiện thiết kế theo hướng giảm trọng lượng thân tăng tải trọng hữu ích tay thuỷ lực, chọn chế độ làm việc hợp lý Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan công nghệ khai thác gỗ việc sử dụng TTL khai thác gỗ rừng trồng 1.1.1.Tổng quan công nghệ khai thác gỗ Trên giới, rừng tự nhiên cịn lại có ý nghĩa to lớn mặt môi trường, bảo tồn nên người ta hạn chế khai thác gỗ rừng tự nhiên Vì vậy, đối tượng khai thác gỗ chủ yếu gỗ rừng trồng Trong khai thác gỗ rừng trồng người ta thường áp dụng loại hình cơng nghệ sau [1]: Công nghệ khai thác gỗ nguyên (full-tree method): gỗ sau hạ giữ nguyên cành vận xuất bãi gỗ Tại bãi gỗ người ta tiến hành cắt cành, cắt khúc theo qui cách sản phẩm, bốc lên phương tiện vận chuyển đến nơi tiêu thụ Công nghệ khai thác gỗ dài (tree-length method): gỗ sau hạ cắt cành, nơi chặt hạ vận xuất bãi gỗ Tại bãi gỗ chúng cắt khúc theo qui cách sản phẩm, bốc lên phương tiện vận chuyển đến nơi tiêu thụ Công nghệ khai thác gỗ ngắn (shortwood method): toàn thao tác hạ cắt cành, cắt khúc theo qui cách sản phẩm thực nơi chặt hạ Sau đó, khúc gỗ vận xuất đến bãi gỗ bốc lên phương tiện vận chuyển nơi tiêu thụ Việc áp dụng loại hình cơng nghệ hay loại hình cơng nghệ việc lựa chọn cơng nghệ thích hợp khai thác rừng phụ thuộc vào hàng loạt yếu tố như: việc cung cấp nhân lực tiền công lao động, sở hạ tầng kỹ thuật, khả đầu tư, tính sẵn có trang thiết bị, máy móc phụ tùng thay thế, điều kiện rừng, điều kiện kinh tế- xã hội, vấn đề bảo vệ mơi trường vùng khai thác 1.1.2 Tình hình ứng dụng tay thuỷ lực công nghệ khai thác gỗ số nước giới Ở nước phát triển giới, tay thuỷ lực (TTL) ứng dụng rộng rãi liên hợp máy (LHM) khai thác Đặc biệt nước phát triển Phần Lan, Thuỵ Điển, Nga… nước có tài nguyên rừng phong phú Brazil, Tanzania, Ethiopia…, người ta thiết kế chế tạo nhiều loại TTL sử dụng khai thác gỗ làm việc tin cậy với suất cao vận dụng cho ba loại hình cơng nghệ khai thác gỗ nêu TTL thực khâu công việc công nghệ khai thác gỗ Tương ứng với loại hình cơng nghệ người ta tạo TTL có cấu tạo chức phù hợp Ngoài ra, người ta cịn tạo loại TTL tham gia thực công việc cụ thể tất loại hình cơng nghệ Trong cơng nghệ khai thác gỗ nguyên cây, gỗ hạ cách cắt gốc hạ gốc Thông thường người ta dùng cưa xăng hạ cách cắt gốc sử dụng LHM vận xuất gồm TTL có trang bị ngoạm cỡ lớn lắp máy kéo để vận xuất gỗ từ nơi chặt hạ bãi gỗ (hình 1-1) Hình 1.1 TTL cơng nghệ khai thác gỗ nguyên Trong công nghệ khai thác gỗ dài gỗ ngắn, TTL ứng dụng LHM chặt hạ - cắt khúc LHM bốc dỡ - vận xuất LHM chặt hạ - cắt khúc cấu tạo gồm TTL có trang bị ngoạm lắp máy kéo, ngoạm trang bị phận cắt để thực việc hạ cây, cắt khúc cắt cành, (hình 1-2a,b) LHM bốc dỡ - vận xuất có cấu tạo gồm phận tương tự TTL LHM chặt hạ - cắt khúc trang bị rơ-mc ngoạm khơng trang bị phận cắt (hình 1.2c) Ngồi ra, TTL hai loại LHM cịn thực việc bốc dỡ gỗ cho phương tiện khác (a) (b) (c) Hình 1.2 TTL công nghệ khai thác gỗ dài gỗ ngắn a TTL LHM chặt hạ - cắt khúc thực việc cắt cành ngọn, b TTL LHM chặt hạ - cắt khúc thực việc cắt khúc, c TTL LHM bốc dỡ - vận xuất thực việc bốc gỗ Trong loại TTL TTL LHM bốc dỡ - vận xuất sử dụng rộng rãi có tính động cao Khi trang bị cho LHM rơmc TTL dùng để tự bốc dỡ vận xuất gỗ; khơng trang bị rơ-mc TTL dùng để bốc dỡ gỗ cho phương tiện khác Vì vậy, LHM có trang bị TTL loại sử dụng cho ba loại hình cơng nghệ khai thác gỗ 1.1.3 Tình hình ứng dụng tay thuỷ lực công nghệ khai thác gỗ Việt Nam Ở Việt Nam, loại hình cơng nghệ khai thác gỗ phổ biến khai thác gỗ ngắn Gỗ chặt hạ phương pháp thủ công cưa xăng vận xuất ven đường bãi gỗ phương pháp thủ công (vác vai, lao xeo) trâu kéo Cho đến nay, việc bốc gỗ từ bãi gỗ lên phương tiện vận chuyển, dù cơng việc có tính chất nặng nhọc nguy hiểm chủ yếu thực phương pháp thủ công Từ trước năm 1990, số tỉnh miền núi phía Bắc (Yên Bái, Tuyên Quang, Hà Giang, Phú Thọ, Vĩnh Phúc…), vùng chuyên canh nguyên liệu giấy cho Nhà máy giấy Bãi Bằng, Chính phủ Thuỵ Điển tài trợ hàng loạt LHM bốc dỡ - vận xuất gỗ LHM gồm máy kéo Volvo có trang bị TTL bốc dỡ gỗ rơ-moóc (thường gọi tắt Volvo) Ở điều kiện làm việc cho phép Volvo phương tiện đắc lực cho công tác bốc dỡ vận xuất, làm việc tin cậy, cho suất cao điều kiện làm việc người lao động đảm bảo Kể từ không Chính phủ Thuỵ Điển tài trợ, theo thời gian, số lượng Volvo giảm dần hỏng hóc mà phụ tùng thay lại khan Đến nay, số Volvo hoạt động Trên hình 1-3 TTL lắp máy kéo Volvo thực việc bốc gỗ từ rơ-moóc lên phương tiện vận chuyển Lâm trường Hàm Yên, Tuyên Quang Hình 1.3 TTL lắp máy kéo Volvo thực việc bốc gỗ Volvo số LHM sử dụng khai thác gỗ có giới thiết bị có khả giới hố cao, dùng để sản xuất với qui mô lớn nên giá thành thiết bị cao, đòi hỏi vốn đầu tư lớn, điều không phù hợp với qui mô khả tài doanh nghiệp nước Chính nên xu hướng nghiên cứu chế tạo TTL cỡ nhỏ để dần thay loại máy Volvo điều tất yếu cần quan tâm thoả đáng Với mong muốn tạo thiết bị giới hoá khâu bốc dỡ gỗ thay Volvo mà lại phù hợp với điều kiện thực tiễn Việt Nam, đề tài nhánh cấp Nhà nước KC 07-26-05 tính tốn thiết kế, chế tạo khảo nghiệm thiết bị bốc dỡ vận xuất gỗ rừng trồng cự ly ngắn Trong đó, thiết bị bốc dỡ gỗ TTL lắp sau máy kéo Shibaura Qua khảo nghiệm cho thấy TTL bốc dỡ gỗ lắp sau máy kéo Shibaura làm việc đạt yêu cầu đặt Tuy nhiên, suất tính động thiết bị chưa thực cao Nếu khắc phục tồn thiết bị giới hoá bốc dỡ gỗ phù hợp với hoạt động qui mô vừa nhỏ doanh nghiệp, hộ gia đình; góp phần nâng cao suất lao động cải thiện điều kiện làm việc nặng nhọc cho người lao động Qua tìm hiểu tình hình ứng dụng TTL công nghệ khai thác gỗ cho thấy: TTL sử dụng tất loại hình cơng nghệ khai thác gỗ Ở nước giới, người ta tính tốn thiết kế chế tạo nhiều loại TTL làm việc tin cậy với suất cao Ở nước ta, nay, TTL sử dụng hiệu bốc dỡ gỗ thiết bị nhập ngoại (TTL lắp máy kéo Volvo) thiết bị cịn không thực phù hợp với thực tiễn Việt Nam Gần đây, nhà khoa học thiết kế chế tạo thành công TTL bốc dỡ gỗ lắp sau máy kéo Shibaura Tuy nhiên, để tiến tới sản xuất hàng loạt vận dụng rộng rãi thiết bị vào thực tiễn sản xuất ta cần thực cơng tác hồn thiện thiết kế đề chế độ làm việc hợp lý 1.2 Tình hình nghiên cứu tay thuỷ lực TTL ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực sản xuất để bốc dỡ hàng hoá Như đề cập trên, lâm nghiệp TTL sử dụng phổ biến nước có cơng nghiệp phát triển có quy mơ sản xuất lớn, cịn nước chưa phát triển việc áp dụng loại thiết bị cịn hạn chế Vì lý nên phần lớn nghiên cứu TTL tập trung vào nước có công nghiệp tiên tiến Tiêu biểu lĩnh vực nhà khoa học người Nga (Liên Xô cũ), kể số cơng trình tiêu biểu sau: Tác giả Alecxangdrov V.A (người Nga) đánh giá chịu tải máy móc lâm nghiệp q trình q độ [27], theo tác giả nhận định tải trọng ĐLH ảnh hưởng đáng kể đến máy móc thiết bị giai đoạn ... lực làm việc giai đoạn độ 2 Xuất phát từ lý tiến hành đề tài luận văn ? ?Nghiên cứu ứng suất biến dạng tay thuỷ lực làm việc giai đoạn độ? ?? * Ý nghĩa khoa học đề tài: - Xây dựng mơ hình 3D, mô động...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ĐINH THỊ HỢI NGHIÊN CỨU ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CỦA TAY THUỶ LỰC KHI LÀM VIỆC Ở GIAI ĐOẠN QUÁ ĐỘ Chuyên ngành: Máy... lực đầu cần TTL, đo biến dạng cẳng tay thuỷ lực biến dạng trụ quay Qui trình đo lực đầu cần TTL, đo biến dạng cẳng tay thuỷ lực biến dạng trụ quay với trạng thái làm việc khác TTL giai đoạn độ