(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu tuyển chọn cưa xăng để chặt hạ gỗ rừng tự nhiên tại công ty lâm nghiệp đắk tô kon tum

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN THÀNH CHUNG NGHIÊN CỨU TUYỂN CHỌN CƯA XĂNG ĐỂ CHẶT HẠ GỖ RỪNG TỰ NHIÊN TẠI CÔNG TY LÂM NGHIỆP ĐẮK TÔ KON TUM LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN THÀNH CHUNG NGHIÊN CỨU TUYỂN CHỌN CƯA XĂNG ĐỂ CHẶT HẠ GỖ RỪNG TỰ NHIÊN TẠI CÔNG TY LÂM NGHIỆP ĐẮK TÔ KON TUM Chuyên ngành: Kỹ thuật khí Mã số: 60520103 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS DƯƠNG VĂN TÀI NĂM 2013 MỞ ĐẦU Rừng nguồn tài nguyên vô quý giá, đem lại nhiều lợi ích cho sống người, rừng có tác dụng bảo vệ mơi trường sinh thái, chống xói mịn đất, lũ qt điều hịa nguồn nước Ngồi ra, rừng cịn nguồn cung cấp gỗ lâm sản cho ngành kinh tế quốc dân, góp phần phát triển kinh tế xã hội cho đất nước Hiện nước ta có khoảng 9,865 triệu rừng tự nhiên Do nhiều nguyên nhân khác hàng năm rừng tự nhiên khoảng 110.000 Vì vậy, hàng năm khối lượng gỗ phép khai thác rừng tự nhiên giảm từ triệu m3/năm giai đoạn 1980 – 1990 xuống 200.000 m3/năm Tuy nhiên nhu cầu gỗ tự nhiên ngày cao dẫn đến hoạt động khai thác không bền vững khai thác trái phép diễn Việt Nam Vì vậy, việc nghiên cứu lựa chọn thiết bị hợp lý để khai thác gỗ rừng tự nhiên nhằm tăng tỉ lệ lợi dụng gỗ giảm thiểu tác động xấu đến môi trường để đạt mục tiêu khai thác rừng bền vững cần thiết nước ta Như biết, khai thác rừng khâu quan trọng sản xuất lâm nghiệp, chặt hạ khâu nặng nhọc Vì vậy, để nâng cao suất giảm nhẹ cường độ lao động ngành khai thác gỗ địi hỏi phải giới hố khâu chặt hạ Hiện Việt Nam sử dụng cưa xăng vào chặt hạ gỗ với tỷ lệ cao khoảng 95% Điều chứng tỏ rằng, cưa xăng thiết bị phù hợp để giới hố khâu chặt hạ gỗ nước ta Cơng ty lâm nghiệp Đắc Tô tỉnh Kon Tum quản lý khoảng 170.000 rừng tự nhiên, đơn vị Việt Nam tổ chức quốc tế cấp chứng "Gỗ có kiểm sốt", hàng năm kế hoạch khai thác 8000m3 Hiện việc lựa chọn áp dụng cưa xăng vào trình chặt hạ gỗ rừng tự nhiên cơng ty cịn mang tính chủ quan chưa tính tốn cách cụ thể Việc lựa chọn theo thói quen, kinh nghiệm dẫn đến tình trạng khơng đủ cơng suất máy, tuổi thọ máy thấp, chi phí nhiên liệu tăng hiệu kinh tế khơng cao Trong q trình cơng nghiệp hố, đại hố đất nước; Việt Nam có xu hướng hoà nhập, mở cửa, sở sản xuất Lâm nghiệp kể quốc doanh tư nhân nhập vào nước ta nhiều hãng cưa xăng với nhiều kích cỡ khác Do đó, cần có nghiên cứu việc tuyển chọn làm sở cho việc sử dụng hợp lý định hướng cho công tác nhập cải tiến cưa xăng có Xuất phát từ lý trên, nhất khoa sau đại học giáo viên hướng dẫn, chọn thực đề tài “ Nghiên cứu tuyển chọn cưa xăng để chặt hạ gỗ rừng tự nhiên Công ty lâm nghiệp Đắc Tô Kon Tum” Mở đầu Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu Chương 2: Mục tiêu, đối tượng, nội dung phương pháp nghiên cứu Chương 3: Cơ sở lý thuyết tuyển chọn cưa xăng chặt hạ gỗ rừng tự nhiên Chương 4: Kết tính tốn lựa chọn cưa xăng chặt hạ gỗ rừng tự nhiên công ty lâm nghiệp Đắc Tô Kết luận kiến nghị Chương TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình khai thác gỗ rừng tự nhiên Cơng ty lâm nghiệp Đắc Tô Kon Tum Hiện việc khai thác gỗ rừng tự nhiên tỉnh Kon Tum giao cho Công Ty lâm nghiệp Đắc Tô thực hiện, theo kế hoạch Bộ Nông nghiệp phát triển nông thôn Ủy ban nhân dân tỉnh phê duyệt, hàng năm Công ty Lâm nghiệp Đắc Tô phép khai thác chọn gỗ rừng tự nhiên khối lượng 8.000m3, theo tiêu chí bền vững Để cấp phép khai thác, công ty tổ chức GTZ giúp đỡ, tập huấn từ năm 2007 đến 2010, tổ chức lâm nghiệp giới cấp chứng nhận "Gỗ có kiểm sốt" Hiện cơng ty thực qui trình cơng nghệ khai thác Bộ Nông nghiệp tổ chức lâm nghiệp giới ban hành nhằm giảm thiểu tác động đến môi trường sinh thái, tăng suất giảm giá thành khai thác, lấy hiệu kinh tế việc khai thác rừng để phát triển kinh tế xã hội địa phương nơi có khu khai thác Đặc điểm q trình khai thác gỗ rừng tự nhiên Cơng ty lâm nghiệp Đắc Tô khai thác chọn, gỗ có đường kính >60cm, nhóm gỗ từ nhóm đếm nhóm 6, cường độ khai thác 20-25%, độ dốc khu vực khai thác 20- 25 độ, [1] 1.1.1 Công nghệ khai thác gỗ rừng tự nhiên Đắc Tô Kon Tum Công nghệ khai thác gỗ rừng tự nhiên Đắc Tô tỉnh Kon Tum chủ yếu giới suất cao, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật tái sinh rừng sau khai thác Công nghệ khai thác rừng tự nhiên thể theo sơ đồ sau: Rừng tự nhiên đủ điều kiện khai thác Vận chuyển gỗ nơi tiêu thụ Chuẩn bị (thiết kế khai thác, làm đường vận xuất, vận chuyển, kho gỗ) Bốc gỗ lên xe ô tô vận chuyển Chặt hạ cây, cắt Phân loại, xếp đống Kho I Vận xuất gỗ bãi bốc gỗ tạm thời, cắt khúc (nếu cần) Bốc gỗ lên xe Reo vận chuyển kho gỗ I Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ khai thác gỗ Công ty lâm nghiệp Đắc Tô 1.1.2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ khai thác gỗ Đắc Tô a) Rừng tự nhiên đủ điều kiện khai thác Việc khai thác gỗ rừng tự nhiên tiến hành khu rừng đủ điều kiện khai thác bao gồm: gỗ đến đếm tuổi thành thục công nghệ, trữ lượng đủ lớn, lồi gỗ khơng thuộc loại q cần bảo tồn, khu vực khai thác nằm diện tích phê duyệt phương án điều chế rừng Công ty lâm nghiệp Đắc Tơ có khoảng 17.000 rừng tự nhiên phê duyệt phương án điều chế rừng, diện tích đủ điều kiện để thiết kế khai thác chọn theo hướng bền vững b) Khâu chuẩn bị khai thác Trước tiến hành khai thác khu rừng tự nhiên cần tiến hành thiết kế cấp có thẩm quyền phê duyệt, nội dung thiết kế bao gồm: - Điều tra mật độ cây, đường kính, chiều cao, lồi cây, địa hình khu khai thác - Xác định trữ lượng đứng, cường độ khai thác, khối lượng gỗ cần khai thác - Thiết kế kho gỗ I bãi bốc gỗ, đường vận xuất, vận chuyển cơng trình phục vụ khu khai thác - Thi công đường vận xuất, vận chuyển cơng trình phục vụ khai thác b) Khâu chặt hạ cây, cắt Khâu chặt hạ khâu quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng gỗ tái sinh rừng sau khai thác Chặt hạ qui trình kỹ thuật, góp phần thúc đẩy tái sinh rừng thuận lợi cho trình vận xuất Hiện nay, việc chặt hạ gỗ rừng tự nhiên Công ty lâm nghiệp Đắc Tô chủ yếu sử dụng cưa xăng, ưu điểm dụng cụ chặt hạ cưa xăng là: - Dễ sử dụng, suất cao, phù hợp địa hình - Vốn đầu tư thấp, sẵn có địa phương Nhược điểm cưa xăng chặt hạ gỗ rừng tự nhiên Công ty lâm nghiệp Đắc Tô là: - Tuổi thọ cưa thấp, chi phí sản xuất cao, hiệu kinh tế thấp - Chiều cao gốc chặt lớn không đảm bảo yêu cầu qui phạm khai thác gây lãng phí gỗ, nguyên nhân gỗ rừng tự nhiên đường kính gốc lớn, gỗ có nhiều bạch vè, lý tính phần gỗ gần sát đất lớn cắt phần gỗ khó khăn - Xích cưa nhanh bị mịn, tuổi thọ cưa thấp, nguyên nhân lý tính gỗ lớn khơng phù hợp với góc cắt xích cưa, dẫn đến lực cắt lớn, gây tượng tải cho động cơ, dẫn đến tuổi thọ động thấp Tóm lại: Dụng cụ chặt hạ gỗ rừng tự nhiên Kon Tum chủ yếu cưa xăng cho suất, chất lượng hiệu kinh tế, thiết bị chặt hạ phù hợp Tuy nhiên, chặt hạ cưa xăng số tồn cắt phải phần gỗ gốc có bạnh vè, gỗ cứng, máy khơng đủ công suất, chiều cao gốc chặt lớn, tuổi thọ xích cưa giảm, để khắc phục tồn cần phải nghiên cứu lựa chọn loại cưa có cơng suất phù hợp c) Khâu vận xuất, cắt khúc Phương thức vận xuất gỗ rừng tự nhiên Công ty lâm nghiệp Đắc Tô chủ yếu sử dụng máy kéo vận xuất Hiện Công ty sử dụng máy kéo vận xuất Komatsu dạng bánh xích, máy kéo vận xuất sử dụng tời kéo gỗ dài từ rừng bãi bốc gỗ tạm thời Loại máy kéo vận xuất cho suất cao, kéo gỗ lớn, nhiên tồn lớn loại thiết bị ảnh hưởng đến mơi trường sinh thái, gây xói mịn đất Gỗ sau kéo bãi bốc gỗ tạm thời, gỗ dài tiến hành cắt khúc để thuận lới cho trình vận chuyển d) Khâu bốc xếp vận chuyển gỗ từ bãi bốc gỗ tạm thời kho gỗ I Đặc điểm trình bốc xếp vận chuyển gỗ từ kho gỗ I đến bãi bốc gỗ tạm thời gỗ có chiều dài đường kính lớn, đường vận chuyển khó khăn, chủ yếu đường vận chuyển mở đỉnh dông để giảm thiểu khối lượng đào đắp, giảm thiểu tác động xấu đến môi trường, nên độ dốc đường vận chuyển lớn, loại xe vận chuyển thông thường di chuyển đường được, nên khâu bốc xếp vận chuyển gỗ từ bãi bốc gỗ tạm thời gỗ I Công ty lâm nghiệp Đắc Tô chủ yếu sử dụng xe reo để vừa bốc xếp vừa vận chuyển Vì vậy, loại xe vận chuyển phù hợp xe reo, loại xe tự bốc, suất vận chuyển lớn e) Phân loại xếp đống kho gỗ I Gỗ sau xe Reo vận chuyển phân loại theo đường kính, nhóm gỗ lơ khai thác, sau xếp thành đống để bán cho đơn vị có nhu cầu sử dụng Việc phận loại, xếp đống thực máy xếp đống Komatsu f) Khâu bỗ xếp vận chuyển gỗ từ kho I đến nơi tiêu thụ Gỗ sau bán đấu giá bốc lên xe vận chuyển gỗ chuyên dùng để vận chuyển nơi tiêu thụ kho gỗ II nhà máy chế biến Quá trình bốc xếp máy bốc Komatsu ( a) (b) Hình 1.2: Các thiết bị vận xuất, vận chuyển gỗ sử dụng công ty a- Máy kéo vận xuất D7 b- Xe Reo vận chuyển gỗ Nhận xét: Công nghệ khai thác gỗ rừng tự nhiên giới hóa, từ cho suất cao, giảm nhẹ sức lao động số công lao động, nhiên số khâu cơng việc cịn có tồn cần phải tiếp tục nghiên cứu hồn thiện khâu chặt hạ 1.2 Khái quát phát triển cưa xăng Năm 1881 RL.Muin nhà phát minh Caliphonia người đặt lưỡi cưa cắt xích phát minh cưa xăng có trọng lượng khoảng 150 kg, người điều khiển Năm 1905 Eureka bang Caliphonia chế tạo cưa xăng chạy động hai xi lanh làm mát nước, cưa nặng 70 kg hai người điều khiển cắt khúc gỗ đường kính 20 cm hết phút Năm 1929 Andreas Stihl phát minh cưa xăng chạy xăng đầu tiên, cưa xăng di động cầm tay người điều khiển, sở phát minh năm sau hàng loạt hãng cưa đời, liên tục hoàn thiện kết cấu máy, trọng lượng công suất động Năm 1927 Atan sản xuất cưa xăng có hệ thống đánh lửa bán dẫn có lọc khí Nhìn chung cưa xăng thời kỳ đầu có khối lượng lớn, độ rung cao, suất thấp Liên Xô cũ năm 1927 bắt đầu nghiên cứu, đến năm 1935 sản xuất số loại cưa có trọng lượng nặng khoảng 50-60 kg, năm 1950 chế tạo cưa xăng hai người điều khiển có ký MB 220, sau sử dụng loại cưa khơng phù hợp nặng nhọc, kết cấu cồng kềnh Sau cưa MB 220 cải tiến thành cưa Ural có trọng lượng 32 kg Năm 1954 Liên Xô cũ sản xuất cưa xăng Hữu nghị người điều khiển, loại cưa có cơng suất 3kw, trọng lượng 13kg, rung động 15m/s2 Loại cưa sử dụng Việt Nam từ năm 1970 Năm 1978 cho đời loại cưa Uran 2T sau chuyển thành Uran 2TE, loại cưa có tay cầm cao người điều khiển có cơng suất 5kw, trọng lượng 13kg sử dụng rộng rãi Liên Xô Việt Nam từ năm 1980 đến 1990 Ngồi loại cưa Liên Xơ cũ cịn sản xuất loại cưa (Taiga) có tay cầm thấp, kết cấu nhẹ, trọng lượng máy 7kg dùng chủ yếu chặt hạ gỗ nhỏ rừng trồng Trong q trình nghiên cứu hồn thiện cưa xăng số nước phát triển Thụy Điển, Đức, Mỹ thu nhiều thành tựu to lớn cơng bố nhiều cơng trình Hiện nay, nhiều hãng cưa tiếng hàng năm sản xuất hàng triệu cưa với chất lượng cao hãng Husqvarna Thụy Điển, Stiht Đức, Mc Culloch Homelitite Mỹ, Echo Nhật Từ năm 1980 nhà khoa học áp dụng nhiều thành tựu khoa học kĩ thuật để chế tạo loại cưa có tính ưu việt hệ thống điện chuyển từ đánh lửa má vít sang đánh lửa bán dẫn, số chi tiết làm thép hay hợp kim, nhựa tổng hợp nên trọng lượng cưa giảm xuống khoảng 6-7 kg, rung động tiếng ồn nghiên cứu hồn thiện Tóm lại, cưa xăng nhà khoa học hãng sản xuất nghiên cứu hồn thiện kết cấu trọng lượng cơng suất tiếng ồn rung động 1.3 Một số nghiên cứu qúa trình sử dụng cưa xăng giới 1.3.1 Chặt hạ gỗ cưu xăng giới Việc chặt hạ gỗ cưa xăng phổ biến giới Theo kết nghiên cứu tổ chức nông lương giới (FAO) từ nước phát triển Phần lan, Thụy Điển đến nước phát triển Malayxia, Inđonêxia,…đều sử dụng cưa xăng thiết bị để chặt hạ gỗ Cưa xăng có nhiều ưu điểm như: Kích thước gọn nhẹ, dễ sử dụng, vốn đầu tư hoạt động nhiều địa hình khác Theo tài liệu tỉ lệ chặt hạ gỗ giới hoá Phần lan 98% tỉ lệ chặt hạ cưa xăng 70% 28% chặt hạ máy chặt hạ liên hợp Cũng theo tài liệu Brazil tỉ lệ chặt hạ giới 90% 80% chặt cưa xăng 10% chặt hạ máy liên hợp Theo tài liệu “sổ tay cơng nghệ thích hợp hoạt động lâm nghiệp nước phát triển” Malayxia tỉ lệ chặt hạ cưa xăng 80% cịn 20% chặt hạ thủ cơng Đối với Philipine tỉ lệ chặt hạ cưa xăng 85% cịn 15% chặt thủ cơng, [30], [31], [32] Một số nước phát triển châu phi Ethiopia,Tanzania, Zimbabwe tỉ lệ chặt hạ gỗ cưa xăng 70% cịn 30% chặt hạ thủ cơng Có 61 S e2 = N  Su N u 1 Sau xác định tiêu chuẩn Fisher theo công thức (4.12) so sánh giá trị tra bảng F b, Ftt < Fb, mơ hình tương thích ngược lại mơ hình khơng tương thích e) Kiểm tra khả làm việc mơ hình hồi qui Mơ hình hồi qui xây dựng nhằm mục đích dự báo giá trị hàm Y toạ độ quan sát, phép kiểm tra để khẳng định mơ hình có thực phản ánh ảnh hưởng yếu tố đến hàm mục tiêu hay khơng Mơ hình có khả làm việc giá trị dự báo Y toạ độ xác có sai số nhỏ hai lần so với việc gán cho toạ độ có giá trị trung bình Y tính theo tồn thí nghiệm Y N m N Y   ui N  Yu Nm u 1 u 1 u 1 Để đánh giá khả làm việc mơ hình dùng hệ số đơn định (R 2) tính theo cơng thức: R2   m( N  k )S  N (m  1)S 2e N m ( Yu  Y)  N (m  1)S u 1 (4.13) e Mơ hình có khả làm việc R2  0,75 4.4.2 Kết lập hàm mục tiêu Để xác định qui luật ảnh hưởng công suất cưa xăng (N) đến hàm mục tiêu lập hàm tương quan theo công thức (4.9) a) Hàm mục tiêu suất, Nsgiờ Kết thí nghiệm ghi phụ lục, sau xử lý kết thí nghiệm ghi bảng 4.4, sử dụng phần mềm OPT Viện điện nông nghiệp nhận kết sau: - Mơ hình hồi quy: Nsgiờ = -50,77 + 29,08N - 3,14N2 - Kiểm tra tính đồng phương sai: (4.14) 62 Giá trị chuẩn Kohren tính tốn Gtt = 0,3197 với m = 9, n - = 2, α = 0,05, tra bảng VIII [13] ta tiêu chẩn Kohren Gb = 0,5728 So sánh với giá trị tính tốn ta Gtt = 0,3197 < Gb = 0,5728 phương sai thí nghiệm đồng - Kiểm tra mức ý nghĩa hệ số mơ hình tính tốn: Theo tiêu chuẩn Student, hệ số phương trình (4.14) có ảnh hưởng đáng kể đến đại lượng nghiên cứu thoả mãn điều kiện t ij  t b ij = [0,2] (4.15) Ở đây: tb - hệ số tra bảng theo bậc tự độ tin cậy thí nghiệm; tij- hệ số tính ứng với hệ số b ij mơ hình hồi quy, giá trị tính tốn tiêu chuẩn Student cho hệ số sau: t0.0 = -1,1; t1.0 = 2; t1.1 = -2,77; Giá trị tiêu chuẩn Student (t b) tra bảng IX [13], với mức độ tin cậy thí nghiệm 0,95, số bậc tư Kb = ta tìm tb = 1,01 So với giá trị tính tốn ta thấy hệ số t 0.0; t1.1; không thoả mãn tiêu chuẩn Student theo [13] không bỏ hệ số để nhằm mục đích tìm giá trị tối ưu phần sau - Kiểm tra tính tương thích mơ hình hồi quy: giá trị tiêu chuẩn Fisher tra bảng tài liệu [13] ta tìm F b = 5,42, giá trị Fisher tính theo cơng thức (4.12) F tt = 2,2 So sánh với giá trị tra bảng ta có F tt = 2,2 < Fb = 5,42 Mơ hình (4.14) tương thích - Kiểm tra khả làm việc mơ hình: hệ số đơn định (R 2) xác định theo công thức (4.13), sau tính tốn ta R = 0,86 mơ hình coi hữu ích sử dụng Từ kết hàm hồi quy (4.14) ta xây dựng đồ thị tương quan công suất máy (N) với hàm suất Nsgiờ hình (4.3) Năng suất chặt hạ gỗ cưa xăng (m3/giờ) 63 20 18 16 14 12 10 3.5 4.5 5.5 Công suất cưa xăng (kw) Hình 4.3: Đồ thị tương quan công suất suất loại cưa xăng b) Hàm mục tiêu lợi nhuận đời máy, LT Kết thí nghiệm ghi phụ lục, sau xử lý kết thí nghiệm ghi bảng 4.6, sử dụng phần mềm OPT Viện điện nông nghiệp nhận kết sau: - Mô hình hồi quy: LT = -640,4 +326,1N - 36,02N2 (4.16) - Kiểm tra tính đồng phương sai: Giá trị chuẩn Kohren tính tốn Gtt = 0,3123 với m = 9, n - = 2, α = 0,05, tra bảng VIII [13] ta tiêu chẩn Kohren Gb = 0,5728 So sánh với giá trị tính tốn ta Gtt = 0,246 < Gb = 0,5728 phương sai thí nghiệm đồng - Kiểm tra mức ý nghĩa hệ số mơ hình tính tốn: Theo tiêu chuẩn T Student, hệ số phương trình (4.16) có ảnh hưởng đáng kể đến đại lượng nghiên cứu thoả mãn điều kiện phương trình (4.15) đó: tij - hệ số tính ứng với hệ số b ij mơ hình hồi quy, giá trị tính tốn tiêu chuẩn Student cho hệ số sau: t0.0 = -2,1; t1.0 = 2,3; t1.1 = -2,3; Giá trị tiêu chuẩn Student (t b) tra bảng IX [13], với mức độ tin cậy thí nghiệm 0,95, số bậc tư Kb = ta tìm tb = 1,01 So với giá trị tính 64 tốn ta thấy hệ số t0.0 t1.1 không thoả mãn tiêu chuẩn Student theo [13] khơng bỏ hệ số để nhằm mục đích tìm giá trị tối ưu phần sau - Kiểm tra tính tương thích mơ hình hồi quy: giá trị tiêu chuẩn Fisher tra bảng tài liệu [13] ta tìm F b = 5,42, giá trị Fisher tính theo công thức (4.12) F tt = 1,9 So sánh với giá trị tra bảng ta có Ftt=1,9 < Fb = 5,42 Mơ hình (4.16) tương thích - Kiểm tra khả làm việc mơ hình: hệ số đơn định (R 2) xác định theo công thức (4.13), sau tính tốn ta R = 0,89 mơ hình coi hữu ích sử dụng Từ kết hàm hồi quy (4.16) ta xây dựng đồ thị tương quan Lợi nhuận đời cưa (triệu đồng) công suất cưa (N) với hàm lợi nhuận đời cưa xăng hình (4.4) 100 50 3.5 4.5 5.5 Công suất cưa xăng (kw) Hình 4.4: Đồ thị tương quan cơng suất lợi nhuận đời số loại cưa xăng chặt hạ gỗ c) Hàm mục tiêu hiệu vốn đầu tư Kết thí nghiệm ghi phụ lục, sau xử lý kết thí nghiệm ghi bảng 4.6, sử dụng phần mềm OPT Viện điện nông nghiệp nhận kết sau: - Mơ hình hồi quy: Hv = -37,01+ 19,61N – 2,22N2 (4.17) 65 - Kiểm tra tính đồng phương sai: Giá trị chuẩn Kohren tính tốn Gtt = 0,412 với m = 9, n - = 2, α = 0,05, tra bảng VIII [13] ta tiêu chẩn Kohren Gb = 0,5728 So sánh với giá trị tính tốn ta Gtt = 0,1927 < Gb = 0,5728 phương sai thí nghiệm đồng - Kiểm tra mức ý nghĩa hệ số mơ hình tính tốn: Theo tiêu chuẩn T Student, hệ số phương trình (4.17) có ảnh hưởng đáng kể đến đại lượng nghiên cứu thoả mãn điều kiện phương trình (4.15) đó: tij - hệ số tính ứng với hệ số b ij mơ hình hồi quy, giá trị tính tốn tiêu chuẩn Student cho hệ số sau: t0.0 = -2; t1.0 = 2,3; t1.1 = -2,4; Giá trị tiêu chuẩn Student (t b) tra bảng IX [13], với mức độ tin cậy thí nghiệm 0,95, số bậc tư Kb = ta tìm tb = 1,01 So với giá trị tính tốn ta thấy hệ số t 0.0; t1,1, không thoả mãn tiêu chuẩn Student theo [13] không bỏ hệ số để nhằm mục đích tìm giá trị tối ưu phần sau - Kiểm tra tính tương thích mơ hình hồi quy: giá trị tiêu chuẩn Fisher tra bảng tài liệu [13] ta tìm F b = 5,42, giá trị Fisher tính theo cơng thức (4.12) F tt = 2,15 So sánh với giá trị tra bảng ta có Ftt=2,15 < Fb = 5,42 Mơ hình (4.17) tương thích - Kiểm tra khả làm việc mơ hình: hệ số đơn định (R 2) xác định theo cơng thức (4.13), sau tính tốn ta R = 0,82 mơ hình coi hữu ích sử dụng Từ kết hàm hồi quy (4.17) ta xây dựng đồ thị tương quan công suất cưa (N) với hàm hiệu vốn đầu tư (Hv) hình (4.5) Hiệu vốn đầu tư 66 3.5 4.5 5.5 Công suất cưa xăng (kw) Hình 4.5: Đồ thị tương quan công suất hiệu vốn đầu tư số loại cưa xăng chặt hạ gỗ Nhận xét: Từ kết hàm tương quan ta thấy quan hệ công suất cưa hàm mục tiêu phi tuyến, điểm cực trị hàm khác Để xác định công suất cưa xăng cho hàm mục tiêu đạt cực đại phải giải hàm mục tiêu Việc giải hàm mục tiêu thực mục sau 4.5 Giải toán để lựa chọn thiết bị 4.5.1 Chọn phương pháp giải Mục đích tốn tìm giá trị công suất động cưa xăng (N) để hàm suất, hàm lợi nhuận đời máy hàm hiệu vốn đầu tư lớn nhất, toán đa mục tiêu, để giải toán cần phải lựa chọn xây dựng phương pháp giải Phương pháp giải tốn tối ưu trình bày tài liệu [2], [4], sau ứng dụng vào trường hợp toán Sau xác định ba hàm mục tiêu Nsgiờ , Lt Hv theo công thức, (4.14), (4.16) (4.17) hàm mục tiêu có thứ ngun khác nhau, tính chất cực trị giống (đều cực đại) Chúng sử dụng phương pháp tìm 67 lời giải tối ưu tổng quát có mặt nhiều hàm mục tiêu [4], nội dung phương pháp tóm tắt sau: - Xác định giá trị cực đại hàm mục tiêu: Nmax; Lmax; Hmax; - Lập hàm tỷ lệ tối ưu: 1  N sgio LT Hv   ; 3  gio N s m ax LT max H v m ax (4.19) - Lập hàm tỷ lệ tối ưu tổng quát:  = 1+ 2+3 (4.20) - Xác định giá trị tối ưu công suất động (N) để hàm tổng quát đạt giá trị cực đại - Thay giá trị N, vào hàm tỷ lệ tối ưu 1; 2; 3 - Nếu 1+ 2 + 3 = max giá trị N, giá trị cực trị cần tìm - Thay giá trị N vào hàm Nsgiờ, LT, Hv tìm giá trị tối ưu hàm mục tiêu - Nếu 1+ 2 +3  max cần tính tốn lại 4.5.2 Giải toán để lựa chọn cưa xăng chặt hạ gỗ rừng tự nhiên công ty lâm nghiệp Đắc Tô Kon Tum Xác định giá trị cực đại hàm mục tiêu: áp dụng phương pháp giải toán tối ưu tổng quát, xác định hàm tỷ lệ tối ưu sau: Hàm tỷ lệ tối ưu 1: 1= -2,94 +1,7N - 0,184N2 (4.20) Hàm tỷ lệ tối ưu 2: 2= -5,76 + 2,93N - 0,324N2 (4.21) Hàm tỷ lệ tối ưu 3: 3= -5,28 + 2,8N - 0,317N2 (4.22) Hàm tỷ lệ tối ưu tổng quát:  = 1+2+3 +4  = - 13,98 + 7,43N – 0,825N2 (4.23) Đạo hàm riêng hàm tổng (4.23) theo biến N ta phương trình ẩn số sau:    7,43  1,65N  Giải phương trình (4.24) nhận kết quả: N = 4,503 (4.24) 68 Thay giá trị N =4,503 vào phương trình (4.20), (4.21) (4.22) ta có: 1+ 2 +3= max Như giá trị N=4.503 cho hàm tỷ lệ tối ưu tổng quát đại cực đại, nên giá trị giá trị tối ưu động cưa xăng cần tìm Vậy cơng suất động cưa xăng là: N=4,503 kw giá trị tối ưu hàm mục tiêu 4.5.3 Lựa chọn loại cưa xăng hợp lý để chặt hạ gỗ rừng tự nhiên công ty lâm nghiệp Đắc Tô Kon Tum Căn vào kết giải tốn tối ưu, chúng tơi xác định cơng suất tối ưu động cưa xăng chặt hạ gỗ rừng tự nhiên N=4,503 Kw thực tế khơng có loại máy có động N= 4.503 Kw Căn vào loại cưa xăng có chúng tơi thấy loại cưa xăng hãng Husqvarna 385 Thụy Điển sản xuất có cơng suất N=4.5kw gần sát với công suất tối ưu, nên chọn loại cưa xăng loại cưa phù hợp để chặt hạ gỗ rừng tự nhiên công ty lâm nghiệp Đắc Tơ Tóm lại: Từ kết tính tốn tối ưu loại cưa xăng phù hợp để chặt hạ gỗ rừng tự nhiên công ty lâm nghiệp Đắc Tô Kon Tum cưa xăng Husqvarna 385 Thụy Điển chế tạo 4.6 Đánh giá so sánh thiết bị lựa chọn với thiết bị sử dụng công ty Sau lựa chọn loại cưa xăng hợp lý để chặt hạ gỗ rừng tự nhiên công ty lâm nghiệp Đắc Tơ cưa xăng Husqvarna 385, chúng tơi tiến hành so sánh số tiêu kinh tế kỹ thuật cưa xăng Husqvarna 385 với cưa xăng sử dụng công ty lâm nghiệp Đắc Tô, để đánh giá suất hiệu kinh tế, áp dụng kết nghiên cứu mang lại Kết tính tốn, so sánh ghi bảng 4.7 69 Bảng 4.7 Kết so sánh số tiêu cưa xăng sử dụng công ty với cưa xăng tính tốn lựa chọn tối ưu T T Các tiêu Cưa xăng lựa Cưa xăng chọn tối ưu sử dụng Husqvarna 385 Stihl 038M Tỷ lệ so sánh % 1Năng suất (m3) 17,41 14,04 +19,36 2Lợi nhuận ca (đồng) 740.044 492.500 +33,45 111.006.544 73.875.000 +33,45 4Hiệu vốn đầu tư 7.03 5.26 +25,18 Vốn đầu tư mua máy (đồng) 14.000.000 12.000.000 - 14,00 6Trọng lượng máy ( kg) 7.1 7.4 +4,23 7Gia tốc rung (m/s2) 3.6 4.2 +16,67 3Lợi nhuận đời máy (đồng) Nhận xét: Căn vào bảng so sánh chúng tơi nhận thấy cưa xăng tính tốn lựa chọn tối ưu có suất cao 19%, lợi nhuận đời máy cao 33,4% , hiệu vốn đầu tư cao 25,1% trọng lượng máy nhẹ 4%, gia tốc rung nhỏ 16,6%, nhiên vốn đầu tư ban đầu tăng 14% Như cưa xăng lựa chọn đáp ứng mục tiêu yêu cầu toán đặt là: Năng suất hiệu kinh tế cao 70 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Sau thực xong đề tài tuyển chọn cưa xăng chặt hạ gỗ rừng tự nhiên công ty lâm nghiệp Đắc Tô, chúng tơi có rút số kết luận sau: Đề tài xây dựng phương pháp tính tốn, lựa chọn cưa xăng chặt hạ gỗ xây dựng hàm mục tiêu bao gồm; Hàm suất (3.11), hàm chi phí sản xuất (3.12), hàm lợi nhuận đời cưa (3.16), hàm thời gian hoàn vốn (3.17), hàm hiệu vốn đầu tư (3.18), phân tích yếu tố ảnh hưởng đến hàm mục tiêu, lựa chọn hàm mục tiêu tham số ảnh hưởng để nghiên cứu Đề tài tiến hành khảo nghiệm số loại cưa xăng, xác định suất, chi phí sản xuất, lợi nhuận hiệu vốn đầu tư số loại cưa xăng đưa vào khảo nghiệm, kết khảo nghiệm tổng hợp ghi bảng 4.4 bảng 4.6 Đề tài thiết lập hàm tương quan tham số ảnh hưởng cưa xăng cơng suất với hàm mục tiêu suất (4.14), lợi nhuận đời máy (4.16) hiệu vốn đầu tư (4.17) Đề tài lựa chọn phương pháp giải toán tối ưu đa mục tiêu, tiến hành giải hàm mục tiêu xác định công suất tối ưu cưa xăng chặt hạ gỗ rừng tự nhiên công ty lâm nghiệp Đắc Tô là: Nopt=4,503kw, với công suất cưa cho suất, lợi nhuận hiệu vốn đầu tư cao Từ kết giải tốn tối ưu, tìm cơng suất tối ưu cưa xăng, đề tài phân tích, lựa chọn loại cưa xăng sử dụng hợp lý cho chặt hạ gỗ rừng tự nhiên công ty lâm nghiệp Đắc Tô là: cưa xăng Husqvarna385, với loại cưa cho suất Nsgiờ =17,41 m3/giờ; lợi nhuận đời máy Lt= 111.006.544đồng; hiệu vốn đầu tư Hv=7,03 vốn đầu tư mua thiết bị 14.000.000 đồng Loại cưa xăng lựa chọn cho suất hiệu kinh tế cao loại cưa sử dụng công ty 71 Kiến nghị Do thời gian nghiên cứu có hạn nên đề tài chưa có điều kiện khảo nghiệm cơng nghệ khai thác gỗ ngắn, đề tài chưa có điều kiện khảo nghiệm nhiều lô khai thác khác với loại địa hình có độ dốc khác Cơng nhân vận hành cưa xăng cần phải đào tạo kỹ vận hành, kỹ sửa chữa, bảo dưỡng, có suất hiệu sử dụng cưa đạt yêu cầu thiết kế cưa Đề nghị sớm áp dụng kết nghiên cứu đề tài vào thực tế khai thác gỗ rừng tự nhiên công ty lâm nghiệp Đắc Tô Kon Tum, để góp phần nâng cao suất hiệu kinh tế 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO Báo cáo thiết kế khai thác rừng năm 2013, phê duyệt Nguyễn Văn Bỉ (1987), “Phương pháp lặp giải tốn tối ưu cơng nghiệp rừng”, Thông tin khoa học kỹ thuật Đại học Lâm nghiệp, trang 34-36 Nguyễn Văn Bỉ (1996), “Một số phương pháp tuyển chọn máy thiết bị khai thác lâm sản giới hóa nơng lâm nghiệp miền núi”, Thơng tin khoa học lâm nghiệp, trang 42-45 Nguyễn Văn Bỉ (1997), “Về việc giải bào toán tối ưu đa mục tiêu công nghiệp rừng”, Thông tin khoa học lâm nghiệp, trang 42-27 Nguyễn Trọng Bình, Trần Minh Đức (2000), Phương pháp thực nghiệm đánh giá tuổi bền đá mài thông qua đánh giá tiêu rung động q trình cắt, tuyển tập cơng trình hội nghị dao động kỹ thuật tr 44 - 48, Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội Đỗ Đình Bình (1993), Khảo nghiệm cưa xăng P-70 tời hai trống chặt hạ vận xuất gỗ Đước rừng ngập mặn, Viện khoa học Lâm nghiệp Việt Nam, Hà Nội Trần Trí Đức (1981), Thống kê tốn học, NXB nơng nghiệp-Hà Nội Nguyễn Trọng Hùng (1985), Khảo nghiệm số loại cưa xăng dây chuyền khai thác gỗ Tây Nguyên, Viện khoa học Lâm nghiệp Việt Nam Đặng Thế Huy (1995), Phương pháp nghiên cứu khoa học khí Nơng nghiệp, Nxb Nơng nghiệp, Hà Nội 10 Mai Đình Hùng (2004) “ Nghiên cứu lựa chọn mẫu máy cày lên luống sử dụng khâu làm đất để trồng mía , Luận văn thạc sỹ, ĐHNN 11 Lê công Huỳnh (1995), Phương pháp nghiên cứu khoa học phần nghiên cứu thực nghiệm, Nxb Nông nghiệp, Hà Nội 12 Ngô Kim Khôi (1998), Thống kê tốn học lâm nghiệp, Nxb nơng nghiệp 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 73 14 Trần Thành (2011), Lựa chọn thiết bị làm đất hợp lý phục vụ sản xuất nông nghiệp huyện Tam Đảo, tỉnh Vĩnh Phúc, luận văn thạc sỹ kỹ thuật, ĐHLN 15 Bùi Thế Tâm, Trần Vũ Thiệu (1998), Các phương pháp tối ưu hóa, Nxb Giao thơng vận tải Hà Nội 16 Dương Văn Tài (1997), Đánh giá hiệu sử dụng cưa xăng chặt hạ gỗ rừng trồng lâm trường Hữu Lũng - Lạng Sơn, Trường Đại học Lâm nghiệp 17 Dương Văn Tài (2000), Nghiên cứu tuyển chọn số loại cưa xăng chặt hạ gỗ rừng trồng Việt Nam, Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật trường Đại học Lâm nghiệp 18 Dương Văn Tài (2001), Khảo nghiệm cưa xăng chặt hạ tre lâm trường Lương Sơn - Hồ Bình, Đề tài nghiên cứu trường Đại học Lâm nghiệp 19 Bùi Minh Trí, Bùi Thế Tâm (1996), Tối ưu hóa, Nxb Giao thông vân tải 20 Trịnh Hữu Trọng (1999), Bài giảng tối ưu hóa khu khai thác, Trường Đại học Lâm nghiệp 21 Trịnh Hữu Trọng, Dương Văn Tài (1996), Nghiên cứu lựa chọn công nghệ thiết bị cho công ty rừng nguyên liệu Miền Bắc, Trường Đại học Lâm nghiệp 22 Bùi Thế Tâm, Trần Vũ Thiệu (1998), Các phương pháp tối ưu hoá, Nxb Giao thông vận tải, Hà Nội 23 Đào Quang Triệu (1994), Phương pháp qui hoạch thực nghiệm cực trị tối ưu trình kỹ thuật hệ phức tạp, Bài giảng cao học nghiên cứu sinh Trường Đại học Nông nghiệp I, Hà Nội 24 Nguyễn Hải Tuất, Ngô Kim Khôi (1996), Xử lý thống kê kết nghiên cứu thực nghiệm máy vi tính, Nxb Nơng nghiệp, Hà Nội 25 Viện điện nông nghiệp chế biến nông sản (1996), Kết nghiên cứu điện nông nghiệp chế biến nông sản 1991-1995, NXB nông nghiệp 26 Athanassiadis - D; Lidestav - G; Wasterlund - I (1996), Fuel, hydraulic oil and lubricant consumption in Swedish mechanized harvesting operations, Journal - of - Forest - Engineering, Sweden 74 28 Cunha - IA - da; Yamashita - Ry; Correa - IM; Maziero - JVG; Maciel (1998), Evaluation of noise and vibration and noise emitted by a chainsaw preliminary results, Bragantia, Brazil 29 Goglia - V (1996), Parameters influencing the vibration level of a portable chainsaw, Sumarski - List, Zagret Croatia 30 FAO (1990), Case study on Integrated small-scale forest harvesting and wood processing operations, Rome 31 FAO (1988), Report of theFAO/Finland Training Course on appropriate forest operations held at Los Banao, Philippine 11/1987, FAO, Rome 32 FAO(1998),The proceedings of the seminar on small-scale logging operation and machine held at Gapenberg 6/1987, Rome 33 Finland- a country of forests (1994), Finnish Forestry Association, Helsinki 34 Hadler-NM (1998), Vibration white finger revisited, Journal- ofOccupational - Environmental - Medicine 35 He - WeiMin; Li - WenBin; Wang - DeMing (1998), Ergonomics in portable forestry machine (chainsaw) and its operation, Journal of Beijing Forestry University, Beijing 36 Kantola.M and K.Virtanen (1986), Handbook on appropriate Technology for forestry operations in developing countries, Part I, Helsinki 37 Kantola M, and P Harvestela (1991), Handbook on appropriate Technology forforestry operations in developing countries, Part II, Helsinki 38 Kiviaa E (1950), Cutting Force in WWoodworking, Publication 18, The State Institute for Technical Research, Helsinki 39 Knepr-J (1999), Simultanecus research on the performance of motor trimmers and chain saws, Sumarski - List, Croatia 40 Laarman J, K.Virtanen, Mike Jurvelius (1998), Choice of Technology in forestry, A Philippine case study, New Day publishers, Quezon City 41 Lee - JoonWoo; Park - BumJin; Kim - JaeWon (1998), Work load of felling work using chain saw on a Japanese larch plantation site, Journal of Korean Forestry Society 75 42 Liu - Yishan; Zhang - Lan (1998), A study on chainsaw chain sprocket design and calculations, Seientia - Silvae - Sinicae, Heilongjiang 43 Li - WenBin; An - JingXian; Cui - WenBin (1997), Effects of chain saw dynamic and static characteristics on fatigue of arm muscles (I) Effects of chain saw weight, grip diameter and arm posture on activity of palmaris longus muscle, Journal of Beijing Forestry University, Beijing 44 Machado-cc (1998), Mechanisation in forest operations in Brazil in caparison with Finland Finnish Forest Institute, Brazil 45 Pancel L (Ed.), (1993), Tropical Forestry Handbook, Volume 2, SprigerVerlag Berlin Heidelberg, pp 1326-1423 46 Profitable Harvesting (1990), Finnish Foreign Trade Association, Helsinki 47 Sant-Anna-C-de-M, Souza-Ap-de, Braga-GM (1997), Evaluation of chainsaw operator job satisfaction, Revista-Arvore, Brazil 48 Suwala - M (1999), Efficiency and cost of harvesting in late thinning of Scots pine Stands, Prace Instytutu Badawczego Lesnictwa, Poland 49 Sullman-MJM (1998), The production of lumber using chainsaws in Guyana, World - Ecology, Guyana 50 Suwala-M (1998), Costs of work of selected means for harvesting timber, Poland ... việc tuyển chọn cưa xăng chặt hạ gỗ, từ lựa chọn loại cưa xăng hợp lý để chặt hạ gỗ rừng tự nhiên công ty lâm nghiệp Đắc Tô Kon Tum 2.2 Đối tượng nghiên cứu Công ty lâm nghiệp Đắc Tô Kon Tum nhà... chọn cưa xăng, chủ yếu lựa chọn cưa xăng để chặt hạ gỗ rừng trồng, chưa có cơng trình nghiên cứu tuyển chọn cưa xăng để chặt hạ gỗ rừng tự nhiên Do luận văn lựa chọn đề tài "Nghiên cứu tuyển chọn. .. a) Nghiên cứu lý thuyết - Xây dựng tiêu để lựa chọn cưa xăng để chặt hạ gỗ rừng tự nhiên - Thiết lập hàm mục tiêu để lựa chọn cưa xăng chặt hạ gỗ - Giải toán tối ưu để lựa chọn cưa xăng chặt hạ