Nghiên cứu lựa chọn công nghệ và hệ thống thiết bị để cơ giới hóa khai thác gỗ rừng trồng trên độ dốc 10 20độ

1 Lời cảm ơn Để hoàn thành luận văn này, suốt thời gian vừa qua đà nhận nhiều quan tâm giúp đỡ, dẫn nhiều tập thể cá nhân Nhân dịp cho phép bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới Thầy giáo hướng dẫn khoa học PGS.TS: Nguyễn Nhật Chiêu đà dành nhiều thời gian bảo tận tình cung cấp nhiều tài liệu có giá trị Cho phép gửi lời cảm ¬n tíi Th­ viƯn Qc gia vµ Th­ viƯn Tr­êng Đại học Bách khoa Hà Nội đà tạo điều kiện cho tham khảo tài liệu trình làm đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy, Cô giáo bạn bè đồng nghiệp đà đóng góp ý kiến quý báu giúp hoàn thành tốt luận văn Qua cho phép cảm ơn tới Bố, Mẹ gia đình đà động viên hậu thuẫn cho suốt thời gian vừa qua./ Lời cam đoan Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Những kết luận văn tính toán xác, trung thực chưa có tác giả công bố; nội dung tham khảo, trích dẫn luận văn đà rõ nguồn gốc Tác giả luận văn Trần Lý Tưởng Mục lục Trang Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục hình Danh mục ký hiệu sử dụng luận văn Đặt vấn đề Tổng quan vấn đề nghiên cứu 1.1 Tình hình chiến lược phát triển tài nguyên rừng Việt Nam 1.2 Tổng quan công nghệ khai thác gỗ việc sử dụng TTL Chương khai thác gỗ rừng trồng 1.3 Chương Tình hình nghiên cứu TTL ĐLH máy nâng chuyển Mục tiêu, đối tượng, phạm vi, nội dung phương pháp nghiên cứu 13 2.1 Mục tiêu 13 2.2 Đối tượng nghiên cứu 13 2.3 Phạm vi nghiên cứu 14 2.4 Néi dung nghiªn cøu 14 2.4.1 Nghiªn cøu lý thuyết 14 2.4.2 Nghiên cứu thực nghiệm 15 2.5 Phương pháp nghiên cứu 15 2.5.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 15 2.5.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 19 Chương Nghiên cứu xây dựng mô hình ĐLH TTL bốc dỡ gỗ 3.1 Mô hình động lực học 3.1.1 Quy đổi khối lượng tập trung chuyển động 3.1.1.1 Quy đổi khối lượng đầu máy trơc quay AZ 21 21 21 3.1.1.2 Quy ®ỉi khèi l­ỵng cđa TTL vỊ trơc quay OZ 22 3.1.2 24 Tính độ cứng quy đổi 3.1.2.1 Tính độ cứng quy đổi ngoạm gỗ 24 3.1.2.2 Tính ®é cøng quy ®ỉi cđa TTL 24 3.1.3 X©y dùng mô hình tổng quát 26 3.1.4 Xây dựng mô hình ĐLH TTL nhấc tải 27 3.2 Xây dựng phương trình vi phân dao động TTL bốc dỡ gỗ 30 3.2.1 Đặt giả thiết cho toán 30 3.2.2 Thiết lập PTVP cho giai đoạn khắc phục khe hở () 31 3.2.3 Thiết lập PTVP cho giai đoạn trung gian 35 3.2.4 Thiết lập PTVP cho giai đoạn nâng tải 39 3.3 Giải Mô phương trình vi phân dao động TTL bốc dỡ gỗ 45 3.3.1 Giải mô PTVP cho giai đoạn đầu 45 3.3.2 Giải mô PTVP cho giai đoạn nâng tải 48 Chương Phương pháp Nghiên cứu thực nghiệm xác định tải trọng ĐLH tác dụng lên TTL bốc dỡ gỗ 62 4.1 Mục đích 62 4.2 Phương pháp thực nghiệm xác định gia tốc nâng gỗ 62 4.3 Phương pháp đo biến dạng TTL nâng tải 63 Kết luận đề nghị 65 Kết luận 65 Đề nghị 65 Tài liệu tham khảo Phụ lục 01: Bảng thông số dùng tính toán Phụ lục 02: Bảng trích kết từ mô hình Simulink Phụ lục 02.a Phụ lục 02.b Danh mục hình TT 1.1 Tên hình Kết nghiên cứu thực nghiệm Alecxangdrov V.A ảnh hưởng khối lượng nâng tới hệ số tải trọng ĐLH 1.2 Sơ đồ xác định dao động góc đầu máy tác động gió bốc dỡ gỗ TTL 1.3 Sơ đồ xác định tải trọng máy khai thác có trang bị TTL địa hình gồ ghề Trang 2.1 TTL lắp máy kéo Shibaura SD2843 14 3.1 Mô hình tính toán m0 21 3.2 Mô hình tính toán m2 23 3.3 Mô hình tính toán cc cp 25 3.4 Mô hình ĐLH tổng quát 26 3.5 Mô hình ĐLH TTL nhấc tải 27 3.6 Mô hình ĐLH giai đoạn TTL nhấc tải 29 3.7 Mô hình mô biến dạng gia tốc TTL trường hợp không tải 3.8 Mô hình mô biến thiên hệ số tải trọng ĐLH theo thời gian trường hợp không tải 47 47 3.9 Đồ thị biểu diễn biến thiên hệ số Kdl theo thời gian 48 3.10 Mô hình tìm nghiệm thực phương trình đặc trưng 50 3.11 Mô hình mô biến dạng gia tốc TTL nâng tải 53 3.12 Mô hình mô biến thiên hệ số tải trọng ĐLH theo thời gian TTL nâng tải 3.13 Đồ thị kiểm tra tính vô nghiệm phương trình đặc trưng 3.14 Đồ thị biểu diễn biến dạng gia tốc TTL nâng tải (nhìn từ Workspace) 3.15 Đồ thị biểu diễn biến dạng gia tốc TTL nâng tải (nhìn từ khối Scope) 54 55 56 56 3.16 Đồ thị biểu diễn biến thiên Kdl theo thời gian 3.17 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng khối lượng nâng tới hệ số tải trọng ĐLH ba mức tốc độ 3.18 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng vận tốc nâng tới hệ số tải trọng ĐLH thời điểm khác 3.19 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng ®é cøng quy ®ỉi c0 tíi hƯ sè t¶i träng ĐLH ba mức tốc độ 3.20 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng độ cứng quy đổi c12 tới hệ số tải trọng ĐLH ba mức tốc độ 3.21 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng ®é cøng quy ®ỉi cn tíi hƯ sè t¶i träng ĐLH ba mức tốc độ 4.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định gia tốc nâng tải 4.2 Hình dáng sơ đồ cấu tạo đầu đo gia tốc theo nguyên lý điện cảm 57 58 59 60 60 61 62 63 4.3 Phương pháp đo biến dạng TTL nâng tải 63 4.4 Sơ đồ cầu đủ điện trở dùng để đo biến dạng TTL 64 Danh mơc c¸c ký hiƯu sư dơng luận văn Ký hiệu Tên gọi Đơn vị GC Trọng lượng cánh tay KN GP Trọng lượng cẳng tay KN Gk Trọng lượng TTL(cẳng tay, cánh tay ngoạm) KN Gng Trọng lượng ngoạm KN G Tải trọng cho phép KN G0 Trọng lượng đầu máy KN m0 Khối lượng đầu máy Kg m2 Khối lượng TTL quy đổi Kg m3 Khối lượng gỗ Kg l2 Khoảng cách từ trọng tâm đến chân chống m ht Toạ độ trọng tâm đầu máy theo chiều cao m ln Khoảng cách từ cần đến chân chống m h1 Chiều cao trụ m h Khoảng cách từ đầu trụ (0) đến chân chống (điểm A) m r0 Khoảng cách từ chân chống (A) đến đầu cần(tâm m2) m r Khoảng cách từ đầu trụ(điểm 0) đến xylanh cánh tay m L Tầm vươn TTL m Lx Khoảng cách từ chân chống đến đầu cần theo phương dọi m lC Chiều dài cánh tay m lP Chiều dài cẳng tay m L3 Khoảng cách từ đầu trụ đến đầu cần (tâm m2) m Vận tốc góc m0 trục AZ s-1 v0 Vận tốc nâng hạ tải m/s ak Khoảng cách từ trọng tâm đầu máy đến trục AZ IZ Mô men quán tính G0 trục AZ Kg.m2 Mô men quán tính cánh tay cẳng tay trục OZ Kg.m2 IZC, IZP m c12 Độ cứng quy đổi TTL KN/m cn Độ cứng quy đổi ngoạm với gỗ KN/m c12, c12 Độ cứng quy đổi cánh tay cẳng tay với xylanh KN/m c1, c2 Độ cứng quy đổi lốp trước lốp sau đầu máyong trình nâng gỗ, dựa vào ta đưa khuyến cáo cho người sử dụng giới hạn vận tốc nâng khoảng cho phép tương ứng với hệ số ĐLH tính toán thiết kế Với TTL lắp máy kéo Shiabaura SD2843 trình tính toán thiết kế hệ số Kdl chọn 2,5 vận tốc nâng lên tới 2m/s (xem phụ lục 02,a), nhiên phải xét tới khối lượng nâng nhiều yếu tố khác 60 Với giá trị đà biết phụ lục 01, ta tiến hành khảo sát ảnh hưởng độ cứng quy đổi đầu máy (c0) tới hệ số tải trọng ĐLH (Kdl) theo ba mức tốc độ khác (hình 3.19) Kdl 2.0 v = 0,3m/s v = 0,5m/s v = 0,7m/s 1.5 c (KN/m) 1.0 200 400 600 800 Hình 3.19: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng độ cứng quy đổi c0 tới hệ số tải trọng ĐLH ba mức tốc độ Nhìn vào đồ thị hình 3.19 ta thấy hệ số tải trọng ĐLH tỷ lệ nghịch với độ cứng quy đổi đầu máy, độ cứng tăng lên 800 KN/m hệ số tải trọng ĐLH thay đổi (chi tiết xem phụ lục 02.b), nghĩa độ cứng c0 không ảnh hưởng đến Kdl Như để giảm thiểu ảnh hưởng c0 vào hệ số tải trọng ĐLH ta phải tăng độ cứng vững đầu máy, việc thực nhiều cách lắp thêm chân chống, gia thêm đối trọng, đặt máy nơi có địa hình phẳng Với giá trị đà cho phụ lục 01, ta tiến hành khảo sát ảnh hưởng độ cứng quy đổi TTL(c12) tới hệ số tải trọng ĐLH (Kdl) ba mức tốc độ (hình 3.20) Kdl 2.5 v = 0,3m/s v = 0,5m/s 2.0 v = 0,7m/s 1.5 c12 (KN/m) 1.0 200 400 600 800 Hình 3.20: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng độ cứng quy đổi c12 tới hệ số tải trọng ĐLH ba mức tốc độ 61 Nhìn vào đồ thị hình 3.20 ta thấy độ cứng c12=200KN/m hệ số tải trọng ĐLH có giá trị 1,22 v=0,3m/s, 1,36 v=0,5m/s 1,51 v=0,7m/s, giá trị c12=800KN/m hệ số Kdl lên tới 1,54 với v=0,3m/s, 1,90 víi v= 0,5m/s vµ 2,26 víi v=0,7m/s (chi tiÕt xem phô lôc 02.b) Nh­ vËy Kdl phô thuéc rÊt lớn vào độ cứng TTL, ngược lại với độ cứng quy đổi đầu máy, độ cứng quy đổi cđa TTL tû lƯ thn víi hƯ sè t¶i träng ĐLH, điều nói lên tầm quan trọng việc chọn vật liệu chế tạo tính toán thiết kế Với giá trị đà cho phụ lục 01, ta tiến hành khảo sát ảnh hưởng độ cứng quy đổi gỗ ngoạm (cn) tới hệ số tải trọng ĐLH (Kdl) ba mức tốc độ (h×nh 3.21) Kdl 2.0 v = 0,3m/s v = 0,5m.s v = 0,7m/s 1.5 1.0 300 600 900 1200 c n (KN/m) Hình 3.21: Đồ thị biểu diễn ¶nh h­ëng cđa ®é cøng quy ®ỉi cn tíi hƯ số tải trọng ĐLH ba mức tốc độ Nhìn vào đồ thị hình 3.21 ta thấy Kdl tỷ lệ nghịch với cn, độ cứng cn= 350KN/m Kdl= 1,22 nÕu v=0,3m/s, Kdl= 1,36 nÕu v =0,5m/s Kdl= 1,51 v= 0,7m/s, độ cứng cn nằm 1200KN/m hệ số Kdl không thay đổi mức tốc độ có hướng tiệm cận với đường Kdl=1, nghĩa hệ số cn không ảnh hưởng tới tải trọng ĐLH (chi tiết xem phụ lục 02.b) Điều nói lên độ cứng vững ngoạm gỗ có ảnh hưởng quan trọng tới Kdl, để giảm thiểu ảnh hưởng ngoạm phải thiết kế chắn, ngoạm chặt giữ vững gỗ nâng, chiều dài gỗ ngắn tốt (tuy nhiên phải đảm bảo ngoạm được) ... quát công nghệ thiết bị khai thác rừng trồng, ,ĐHLN; Nguyễn Văn Quân, Phương pháp giới hoá hợp lý khai thác gỗ Rừng nhiệt đới nhằm đảm bảo tái sinh rừng, ĐHLN; Nguyễn Văn Khang (2005), Dao động... nghiên cứu 1.1 Tình hình chiến lược phát triển tài nguyªn rõng ë ViƯt Nam 1.2 Tỉng quan vỊ công nghệ khai thác gỗ việc sử dụng TTL Chương khai thác gỗ rừng trồng 1.3 Chương Tình hình nghiên cứu. .. (1997), Cơ học kỹ thuật, NXB Nông nghiệp; Nguyễn Nhật Chiêu (2005), Đo lường khảo nghiệm máy, Tập giảng cho cao học- ĐHLN; Nguyễn Nhật Chiêu (2006), Nghiên cứu lựa chọn công nghệ hệ thống thiết bị để