GIỚI THIỆU
Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, Việt Nam đang hội nhập mạnh mẽ với nền kinh tế toàn cầu, tuy nhiên, các doanh nghiệp trong nước vẫn phải đối mặt với nhiều thách thức, đặc biệt là về các tiêu chuẩn hàng hóa quốc tế Ngoài nông nghiệp, Việt Nam còn phát triển mạnh lâm nghiệp nhờ vào diện tích rừng lớn, không chỉ giúp phủ xanh đồi trọc mà còn cung cấp nguyên liệu cho ngành sản xuất giấy và các mặt hàng gỗ Điều này đặt ra thách thức cho các doanh nghiệp trong việc khai thác, xử lý và chế biến lâm sản.
Tràm là cây lâm sản quan trọng cho ngành sản xuất giấy tại Việt Nam, với nhu cầu gỗ tràm ngày càng tăng Tuy nhiên, công nghệ khai thác hiện tại chỉ đáp ứng 30% sản lượng cần thiết, cho thấy cần có giải pháp cải tiến để nâng cao hiệu quả khai thác Việc áp dụng công cụ hiện đại không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất mà còn giảm thiểu chi phí phát sinh như tiền thuê nhân công và chi phí mua sắm công cụ thô sơ không hiệu quả.
Nhận thấy nhu cầu từ các công ty khai thác và chế biến tràm tại Vũng Áng, cùng với sự hướng dẫn của GVHD và ý thức về việc áp dụng cơ giới hóa trong lâm nghiệp, chúng tôi đã quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế máy thu hoạch tràm” để thực hiện trong Đồ Án Tốt Nghiệp Việc này không chỉ giúp tăng cường khả năng cạnh tranh cho các doanh nghiệp khai thác lâm nghiệp mà còn đóng góp vào sự phát triển bền vững của ngành.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Đề tài của chúng tôi tập trung vào việc phát triển khoa học kỹ thuật nhằm giải phóng sức lao động của con người, nâng cao năng suất và cải thiện điều kiện làm việc cho công nhân Nhờ vào việc áp dụng công nghệ, công nhân không còn phải sử dụng các dụng cụ thô sơ để thu hoạch tràm, giảm thiểu thời gian lao động và nguy cơ tai nạn từ các thao tác cưa không an toàn Máy móc sẽ giúp cách ly công nhân hoàn toàn khỏi cây tràm, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình làm việc.
Nghiên cứu cho thấy tiềm năng phát triển thị trường rất lớn nếu dự án thành công Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu trong nước về đề tài này, nhưng vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu của thị trường Bên cạnh đó, nhu cầu ngày càng tăng do sản lượng tràm trồng ngày một nhiều và diện tích rừng trồng tràm mở rộng, cần thiết để đáp ứng nhu cầu thị trường.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Đề xuất công nghệ thu hoạch tràm
Tính toán, thiết kế máy thu hoạch tràm
1.4 Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài
Hiện nay, Việt Nam có nhiều loại tràm như tràm cajuput, tràm năm gân và tràm trà Trong số đó, tràm cajuput là loài bản địa, trong khi tràm năm gân và tràm trà là những loài mới được nhập khẩu gần đây Cả hai loại tràm mới này đều có tiềm năng lớn trong việc phát triển tinh dầu, và được trồng rộng rãi tại nhiều quốc gia, với tinh dầu tràm được tiêu thụ nhiều trên toàn cầu.
Công cụ khai thác rừng hiện nay như rìu, cưa đơn, cưa xích vẫn còn thô sơ và chủ yếu dựa vào sức người, dẫn đến lượng gỗ khai thác không đủ đáp ứng nhu cầu của doanh nghiệp Để nâng cao năng suất lao động và từng bước cơ giới hóa, tự động hóa quá trình khai thác gỗ, nhiều loại máy khai thác gỗ tiên tiến đang được nghiên cứu và phát triển cả trên thế giới và tại Việt Nam.
Các loại máy khai thác gỗ có thể được nhập khẩu hoặc chế tạo trong nước Việc chế tạo máy khai thác gỗ hiện đại sử dụng hệ thống thủy lực dựa trên đầu thu hoạch Naarva S23 Dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Hoài Nam, nhóm tôi đã thực hiện đề tài "Thiết kế máy khai thác lâm sản" với việc áp dụng hàm kẹp kết hợp với cưa xích thủy lực.
1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể
Tiến hành thu thâ ̣p tài liê ̣u về cây tràm nhƣ: sách, tạp chí, video
Tiến hành thu thâ ̣p dữ liê ̣u trực tiếp từ người nông dân , các cơ sơ sản xuất và xuất khẩu
Nghiên cƣ́u các yêu cầu cu ̣ thể của các quốc gia nhâ ̣p khẩu
Nghiên cứu các tài liệu và xử lý các số liệu có được trước đó
Nghiên cƣ́u chuyển đô ̣ng của quá trình kẹp, tuốt cành và cắt thân cây
Tính toán thiết kế hàm kẹp trên
Tính toán thiết kế hàm kẹp dưới
Tính toán thiết kế cơ cấu đẩy
Tiến hành lắp ghép và chỉnh sƣ̉a hoàn chỉnh máy.
Phương pha ́ p nghiên cứu
1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Đề xuất công nghệ thu hoạch tràm
Tính toán, thiết kế máy thu hoạch tràm
1.4 Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài
Hiện nay, tại Việt Nam có nhiều loại tràm như tràm cajuput, tràm năm gân và tràm trà Trong số đó, tràm cajuput là loài bản địa, trong khi tràm năm gân và tràm trà là những loài mới được nhập khẩu gần đây Cả hai loại tràm mới này đều có tiềm năng lớn trong việc phát triển tinh dầu, và được trồng phổ biến ở nhiều quốc gia, với sản phẩm tinh dầu được tiêu thụ rộng rãi trên toàn thế giới.
Công cụ khai thác rừng hiện nay như rìu, cưa đơn và cưa xích vẫn còn thô sơ, chủ yếu dựa vào sức người, dẫn đến lượng gỗ khai thác không đáp ứng nhu cầu của doanh nghiệp Để nâng cao năng suất lao động, việc cơ giới hóa và tự động hóa trong khai thác gỗ đang được nghiên cứu và phát triển nhiều loại máy móc tiên tiến hơn cả ở Việt Nam và trên thế giới.
Các loại máy khai thác gỗ hiện nay có thể được nhập khẩu từ nước ngoài hoặc chế tạo một phần trong nước Việc phát triển máy khai thác gỗ hiện đại sử dụng hệ thống thủy lực dựa trên đầu thu hoạch Naarva S23 đã được thầy Nguyễn Hoài Nam giao cho nhóm tôi thực hiện đề tài “Thiết kế máy khai thác lâm sản”, với ứng dụng hàm kẹp kết hợp cùng cưa xích thủy lực.
1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể
Tiến hành thu thâ ̣p tài liê ̣u về cây tràm nhƣ: sách, tạp chí, video
Tiến hành thu thâ ̣p dữ liê ̣u trực tiếp từ người nông dân , các cơ sơ sản xuất và xuất khẩu
Nghiên cƣ́u các yêu cầu cu ̣ thể của các quốc gia nhâ ̣p khẩu
Nghiên cứu các tài liệu và xử lý các số liệu có được trước đó
Nghiên cƣ́u chuyển đô ̣ng của quá trình kẹp, tuốt cành và cắt thân cây
Tính toán thiết kế hàm kẹp trên
Tính toán thiết kế hàm kẹp dưới
Tính toán thiết kế cơ cấu đẩy
Tiến hành lắp ghép và chỉnh sƣ̉a hoàn chỉnh máy
3 Đánh giá kết quả thiết kế
Kết cấu cu ̉ a Đồ Án Tốt Nghiê ̣p
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
Giới thiệu
Cây keo lá tràm, có tên khoa học là Acacia auriculiformis A Cunn Ex Benth, thường được gọi là cây tràm bông vàng do lá của nó tương tự như lá tràm và hoa có màu vàng đặc trưng.
Keo lá tràm có khả năng phát triển tốt trong những vùng đất đai và khí hậu khắc nghiệt Sau 5-6 năm trồng, cây có thể được khai thác làm nguyên liệu giấy Nếu được trồng lâu hơn, keo lá tràm sẽ cho gỗ lớn, có giá trị sử dụng trong xây dựng, đồ mộc gia dụng, trang trí nội thất và sản xuất đồ mỹ nghệ cao cấp.
Trồng thâm canh gỗ nguyên liệu giấy đạt mật độ từ 1.600 đến 2.000 cây/ha, với mật độ tối ưu là 1.660 cây/ha, được bố trí theo cự ly 3 x 2 m (hàng cách hàng 3 m, cây cách cây 2 m).
Cây gỗ nhỏ hoặc trung bình, thường xanh, có chiều cao từ 10-15m, đôi khi lên tới 20-25m và đường kính đạt 50-60cm Trong một số trường hợp, cây có thể phát triển thành cây bụi, cao từ 0,5-2m, đặc biệt là ở những vùng đồi cằn cỗi Thân cây thường không thẳng, vỏ ngoài mỏng, xốp, có màu trắng xám và thường bong tróc.
Cây có nhiều lớp với hệ rễ phát triển mạnh mẽ Lá đơn, mọc so le, có phiến lá hình mác hoặc hình trái xoan hẹp, thường không đối xứng, kích thước khoảng 4-8(-10)x1-2,0(ơ2,5)cm Đầu lá nhọn hoặc tù, gốc tròn hoặc hơi hình nêm, lá dày Khi còn non, lá có lông mềm màu trắng bạc, sau đó trở nên nhẵn và có màu xanh lục Gân chính của lá thường có 5 (đôi khi 6) gân, hình cung, và cuống lá ngắn, có lông.
Cụm hoa của cây mọc ở đầu cành hoặc nách lá, với những bông hoa nhỏ có màu trắng, trắng xanh nhạt, trắng vàng nhạt hoặc trắng kem Đài hoa có hình ống hoặc hình trứng, với 5 thuỳ đài rất ngắn Cánh tràng gồm 5 phần, có móng ngắn, và cả thuỳ đài lẫn cánh tràng đều rụng sớm Nhị hoa nhiều, được sắp xếp thành 5 bó đối diện với thuỳ đài Đĩa mật có nhiều thuỳ và có lông mềm, trong khi bầu hoa ẩn trong ống đài và có 3 ô.
Quả nang có hình dạng gần giống hình chộn, hình bỏn cầu hoặc hình cầu, kích thước khoảng 3,5x3,5-4mm, khi chín sẽ nứt thành 3 mảnh Hạt có hình nêm hoặc hình trứng Sau khi hoa nở và tạo quả, trục cụm hoa tiếp tục phát triển, hình thành từng đoạn mang hoa quả và lá xen kẽ nhau.
Các thông tin khác về thực vật
Tràm (Melaleuca cajuputi) là một trong 10 loài thuộc chi Tràm (Melaleuca L.), có hình thái tương tự với loài M leucadendra (L.) L Do đó, trước đây, một số tác giả đã nhầm lẫn và xác định tên khoa học của loài tràm phân bố ở nước ta là Melaleuca leucadendra L.
M leucadendra L (đôi khi còn được viết dưới tên M leucadendron L.) là loài tràm chỉ phân bố tự nhiên ở Moluccas (Indonesia), Papua New Guinea và Australia M leucadendra là loài tràm có lá hẹp, trong tinh dầu chứa chủ yếu là methyl eugenol (80- 97%), còn cineol không đáng kể (dưới 1%) Tinh dầu của loài tràm (M cajuputi) lại chứa chủ yếu là 1,8-cineol (30-70%)
Tràm (M cajuputi) là loài duy nhất trong chi Tràm (Melaleuca), phân bố tự nhiên từ Australia đến Đông Nam Á, với xu hướng mở rộng vùng phân bố Loài này có nguồn gen đa dạng, và theo Barlow (1997), dựa trên các đặc điểm hình thái, sinh thái, thành phần hóa học của tinh dầu và địa lý phân bố, tràm được chia thành ba phân loài: subsp cajuputi, phân bố ở các đảo Baru, Ceram, quần đảo Tanimbar (Indonesia), đảo Timor và các khu vực miền Bắc, miền Tây Territory (Australia).
Cây cajuput oil có 6 cấp phân loại chính, trong đó có nhiều giống chất lượng cao đã được trồng trên diện tích lớn Phân loài subsp cumingiana (Turcz.) Barlow phân bố ở Việt Nam, Thái Lan, Myanmar, Malaysia và Indonesia, được trồng để lấy tinh dầu tại nhiều nước Đông Nam Á Trong khi đó, phân loài subsp platyphylla Barlow chỉ có mặt ở miền Nam Indonesia và Queensland (Australia) Tại Việt Nam, hiện có 2 dạng cajuput oil khác nhau.
Tràm đồi, hay còn gọi là „‟tràm gió‟‟, là một loại cây bụi nhỏ có chiều cao từ 0,5 đến 2,5 (-7) mét, thường mọc ở các vùng đồi núi thấp, nội địa và ven biển, trên những loại đất cằn cỗi Cây có hàm lượng tinh dầu trong lá cao, dao động từ 0,3% đến 0,8% (có thể lên đến 1,2%), trong đó hàm lượng cineol chiếm tỷ lệ đáng kể, từ 45% đến 60%.
Tràm cừ là cây gỗ cao từ 10-20m, thường phát triển trên đất phèn ngập nước, chủ yếu tập trung ở vùng Đồng Tháp Mười, bao gồm các tỉnh Long An, Đồng Tháp, An Giang, Kiên Giang và Cà Mau Hàm lượng tinh dầu trong lá của cây này tương đối thấp, dao động khoảng từ 0,2% đến 0,4%, và hàm lượng cineol trong tinh dầu cũng ở mức thấp, chỉ từ 1,5% đến 9,5%.
Bắc Kạn, Thái Nguyên, Vĩnh Phúc, Hải Dương, Hà Tây, Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên-Huế, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Phú Yên, Khánh Hoà, Ninh Thuận, Bình Thuận, Đồng Nai, Bà Rịa-Vũng Tàu, Vĩnh Long, Đồng Tháp, Long An, An Giang, Kiên Giang, và Cà Mau là những tỉnh thành nổi bật của Việt Nam, mỗi nơi đều có những đặc trưng văn hóa, cảnh quan thiên nhiên và tiềm năng phát triển kinh tế riêng biệt.
Tràm (M cajuputi) là loài cây có vùng phân bố rộng, xuất hiện tại miền Nam Trung Quốc (bao gồm Hồng Kông và Hải Nam), Lào, Campuchia, Thái Lan, Malaysia, Indonesia, Tây Nam Papua New Guinea và miền Bắc Australia, cũng như ở Ghinea và Brazil.
Đặc tính và kết cấu cu ̉ a máy
Máy khai thác cây nhẹ, dễ sử dụng và nhanh chóng, phù hợp với nhiều loại địa hình gồ ghề và rừng trên toàn thế giới Được trang bị một dao cố định, ba con dao di chuyển và hai con lăn, máy có khả năng trượt thân cây dọc theo thân máy Với cưa xích công suất 13 KW, lưỡi dao thiết kế đặc biệt cho phép cắt nhánh cây với lực cắt lên đến 10 KN Máy đạt hiệu quả tối ưu khi khai thác cây có đường kính từ 80 đến 300 mm và có thể xử lý cây lớn hơn đến 600 mm Thiết bị này có thể được gắn trên máy kéo hoặc máy xúc có trọng lượng từ 20-25 tấn, giúp người điều khiển làm việc trong cabin thay vì sử dụng công cụ trực tiếp.
Các nghiên cứu liên quan đến đề tài
Hiện nay, nhiều đề tài nghiên cứu liên quan đến cây tràm đã được thực hiện ở nước ngoài Điểm khác biệt chính so với đề tài của chúng tôi là đối tượng nghiên cứu và công suất của máy Các nghiên cứu này chủ yếu tập trung vào các loại tràm được trồng tại Việt Nam.
Tham khảo những đề tài này cho chúng tôi ý tưởng vềnguyên lý hoạt đông của máy
Hiện nay trong nước vẫn chưa có nghiên cứu nào liên quan tới đề tài này.
PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP
Yêu cầu của đề tài
Khai thác cây có đường kính từ 80 đến 300 mm và chiều dài từ 10 đến 25 m giúp cải thiện năng suất so với công nghệ cũ Việc áp dụng công nghệ cạo thay thế sức lao động con người, cho phép máy móc hoạt động hiệu quả ngay cả ở những địa hình hiểm trở.
Các hoạt động cần của máy
Tất cả các hàm kẹp và cơ cấu cấp phôi mở ra, khớp xoay hoạt động để miệng máy hướng vào thân cây, đảm bảo máy đứng thẳng với cây Khi máy đã được định vị chính xác, hàm kẹp sẽ bắt đầu kẹp chặt vào thân cây.
B2Khi sử dụng hàm kẹp, nó được kẹp chặt vào gốc cây, sau đó dụng cụ cắt bắt đầu hoạt động để cắt đứt gốc cây Khi quá trình cắt hoàn tất, hàm kẹp vẫn giữ cây đứng thẳng trong khi lùi về.
Máy lật cây được đặt ở vị trí thuận lợi để các cơ cấu cấp phôi hoạt động hiệu quả Khi cơ cấu cấp phôi bắt đầu, máy sẽ di chuyển dọc theo thân cây và dừng lại ở khoảng cách 4m để dụng cụ cắt thực hiện quá trình cắt cây, sau đó lùi lại Quy trình này tiếp tục cho đến khi cắt hết chiều dài của cây.
B4Đầu máy có lắp dao tuốt cành ôm sát thân cây có nhiệm vụ tuốt sạch cành khi cơ cấu cấp phôi đƣa máy chạy dọc thân cây.
Phương hướng và các giải pháp cho từng hoạt động
Khớp phải đủ độ bền để có thể nâng cả máy và tạo chuyển động xoay khi cần thiết
3.3.1.1 Cơ cấu dùng thanh răng bánh răng
Cơ cấu này bao gồm hai thanh răng kết hợp với một bánh răng, trong đó mỗi thanh răng được trang bị hai xi lanh để bơm và xả dầu hợp lý Điều này tạo ra chuyển động thẳng qua lại, đồng thời giúp bánh răng xoay, biến đổi chuyển động tịnh tiến thành chuyển động xoay Ưu điểm của hệ thống này là hiệu suất cao và khả năng chuyển đổi linh hoạt giữa các loại chuyển động.
-Đơn giản, sử dụng hệ thống thủy lực trên xe có sẵn
-Xoay và đảo chiều nhanh chóng chỉ cần sử dụng van đảo chiều
-Sử dụng các chi tiết tiêu chuẩn nhƣ thanh răng bánh răng dễ thay thế khi bị hƣ hỏng
Máy không đủ độ bền khi chịu tải trọng lớn, vì trong quá trình hoạt động, nó phải gánh thêm khối lượng của cây cần, điều này làm giảm khả năng chịu tải của cơ cấu.
-Cơ cấu không thể quay góc lớn hơn 180 0 bất tiện trong khâu điều khiển vì khi thao tác đôi lúc cần quay những gốc độ lớn hơn
3.3.1.2 Dùng động cơ thủy lực
Dùng để chuyển đổi áp suất thủy lực thành chuyển động quay cơ học
Hình 3.1 Motor thủy lực Ƣu điểm
-Điều khiển đơn giản và đảo chiều quay dể dàng thuận lợi cho việc xoay và tự lựa vào thân cây của máy
-Nếu quá tải thì động cơ có thể hảm phanh dễ dàng thông qua các van an toàn
-Có thể chạy liên tục, gián đoạn và đảo chiều liên tục khi cần thiết không gây nguy hiểm cho động cơ
-Áp suất dầu lên đến 25Mpa và công suất lên đến 150 HP đủ tiêu chuẩn cho hoạt động của máy
-Cần cấp áp đầu vào lớn để động cơ có thể hoạt động hiệu quả
-Rò rỉ có thể xảy ra trong lúc làm việc
-Nhiệt độ dầu thay đổi có thể ảnh hưởng tới hiệu quả công việc
Hình 3.2 Motor điện Ƣu điểm
- Tải lớn vẫn chạy đƣợc
- Động cơ có thể đảo chiều bằng nhiều cách
- Khởi động nhanh, có thể hãm nhanh
- trọng lƣợng nhẹ, không lãng phí gỗ
- Động cơ sử dụng điện áp lớn 220v, xe xúc khó có thể đáp ứng
- Do sử dụng linh kiện và mạch điện phức tạp nếu hoạt động dưới mưa có thể bị chạm mạch xảy ra hƣ hỏng
Đôi khi, khớp xoay cần hoạt động liên tục, hãm tạm thời hoặc đảo chiều tạm thời, nhưng động cơ điện không thể đáp ứng những yêu cầu linh hoạt này.
- tạo ra khí thải ảnh hưởng đến môi trường
Dựa vào việc phân tích ưu nhược điểm và so sánh năng suất, cùng khả năng ứng dụng của từng phương án đối với các thông số đầu vào, motor thủy lực được xác định là phương án tối ưu cho mô hình máy khai thác gỗ tràm.
Chọn động cơ thủy lực vì đáp ứng đủ các tiêu chí cho hoạt động của máy
3.3.2.1 Sử dụng xy-lanh thủy lực
Hình 3.2 Hàm kẹp sử dụng thủy lực
Dùng 2 xylanh cho mỗi hàm kẹp, hàm kẹp mở ra và kẹp vào nhờ vào hành trình của xy lanh
-Tận dụng đƣợc hệ thống thủy lực trên xe xúc
-Khi cấp dầu liên tục xylanh có thể ôm sát thân cây khi cơ cấu cấp phôi đƣa máy chạy dọc thân cây
-Lực kẹp lớn, ổn định và có thể điều chỉnh lực kẹp thông qua các van
-Không sợ van đập trong cơ cấu vì xylanh có van cản cuối hành trình
-Với hai hàm kẹp có thể kẹp và nâng cây với khối lƣợng cây hơn 250kg
-Nếu lực kẹp quá lớn tạo ra ma sát lớn giữa hàm kẹp và cây làm cơ cấu cấp phôi khó đẩy cây đi đƣợc
-Thất thoát dầu trong quá trình làm việc do các khớp nối đường ống và do nhiệt độ môi trường xung quanh
3.3.2.2 Sử dụng động cơ đảo chiều
Cơ cấu sử dụng hai bánh răng ăn khớp kết hợp với các khớp xoay bản lề của hàm kẹp, hoạt động hiệu quả khi động cơ hoạt động, với trục động cơ được lắp đặt chắc chắn.
Hàm kẹp sử dụng động cơ đảo chiều với bánh răng chủ động, ăn khớp với bánh răng bị động, truyền lực cho các bản lề, giúp hàm kẹp chuyển động ra vào để kẹp thân cây.
Cơ cấu sử dụng trục vít và bánh vít bao gồm một trục vít gắn với motor đảo chiều, kết nối với hai bánh vít Khi động cơ quay trục vít, hai bánh vít sẽ quay và điều khiển hàm kẹp mở ra hoặc kẹp vào, tùy thuộc vào hướng quay của động cơ.
Cơ cấu sử dụng trục vít bao gồm trục vít kết nối với motor xoay chiều, trong đó thân trục vít được gắn với ổ trượt dọc theo trục để điều khiển hàm kẹp mở và đóng, giúp kẹp và nhả thân cây Ưu điểm của cơ cấu này là tổng hợp những lợi ích của ba loại cơ cấu kẹp khác nhau.
-Có thể kẹp và thả cây nhờ vào động cơ đảo chiều
-Sử dụng động cơ công suất lớn sẽ đảm bảo yêu cầu về lực kẹp của máy
-Có thể kẹp khi khối lƣợng cây thay đổi
Không thể ôm sát thân cây khi cơ cấu cấp phôi đưa máy trước dọc thân cây, vì đường kính thân cây sẽ thay đổi từ gốc đến ngọn, khiến động cơ không thể hoạt động hiệu quả theo sự thay đổi này.
-Động cơ điện không thích hợp cho hoạt động ngoài trời
Dựa vào phân tích so sánh ưu nhược điểm và năng suất, cùng khả năng ứng dụng của từng phương án với các thông số đầu vào, việc sử dụng xi lanh thủy lực được xác định là phương án tối ưu và phù hợp cho mô hình máy khai thác gỗ tràm.
Dùng 2 hàm kẹp với 4 xy-lanh
Ôm sát thân cây khi cơ cấu cấp phôi đƣa máy trƣợc theo cây
Hàm kẹp đủ lực để giúp cây đứng thẳng khi cắt cây khỏi gốc
Kẹp vào và nhả ra dễ dàng
Hệ thống điều khiển đơn giản
3.3.3.1 Cƣa xích thủy lực
Hình 3.5 Cƣa xích thủy lực Ƣu điểm
-Sử dụng động cơ thủy lực không cần them bất kỳ nguồn nguyên liệu nào khác -Nguồn thủy lực đã có sẳn trên xe xúc
-Công suất lớn có thể cắt cây tràm với đường kính lớn hơn 25cm
3.3.3.2 Cƣa dùng xăng và điện
Hình 3.6 Cƣa xích điện Ƣu điểm
-Trong cƣa có sẵn nguồn xăng và điện tích trữ k sử dụng năng lƣợng của xe
-Phải sử dụng năng lƣợng ngoài khi dùng hết phải ngừng việc lại và đi nạp
-Khó tích hợp vào mạch điều khiển với các cơ cấu còn lại của máy
3.3.3.3 Dao kết hợp với xylanh thủy lực
Xylanh gắn dao cắt miệng dao đƣợc nâng lên khi xylanh lùi về và cắt xuống khi xylanh đƣợc cấp dầu
Hình 3.7 Dao cắt thân cây Ƣu điểm
-Lực cắt mạnh nếu lực đẩy của xylanh lớn
-Điều khiển đơn giản vì chỉ điều khiển hành trình của xylanh ra vào
-Phù hợp để cắt tràm vì dao có thể cắt cây đường kính nhỏ 20-30cm
-Xylanh có thể bị quá tải vì tải lớn
-Gỗ tràm khó có thể cắt bằng dao hơn dùng cƣa
Dựa trên việc phân tích so sánh năng suất và khả năng ứng dụng của từng phương án, cưa xích thủy lực được xác định là phương án tối ưu cho mô hình máy khai thác gỗ tràm, dựa vào các thông số đầu vào đã chọn.
Dùng cƣa xích thủy lực mặc dù giá thành cao nhƣng nó đám ứng đủ các tiêu chí của máy cần
Cƣa khởi động với tốc độ cao
Lực cắt mạnh, cắt được tràm với đường kính gốc lớn hơn 25cm
Sử dụng thủy lực nên ngừng cƣa dễ
Không dùng thêm nguồn năng lƣợng nào khác dễ điều khiển
Dùng 2 động cơ lăn cây đi kết hợp với xy lanh thủy lực
Là cơ cấu đẩy cây đi và đo từng đoạn 4m
Hoạt động của thiết bị giống như một hàm kẹp với hai xy-lanh, cho phép hai bánh xe tiếp xúc với thân cây Mỗi bánh xe được kết nối với một trục của động cơ thủy lực, và khi động cơ hoạt động, nó sẽ đẩy cây di chuyển nhờ lực từ hai bánh xe Cây sẽ được đưa đến vị trí xác định 4 mét, nơi mà cơ chế cắt sẽ hoạt động để cắt cây Để đảm bảo cây được cắt đúng vị trí 4 mét, cần sử dụng cảm biến để đo số vòng quay của bánh xe nhằm tính toán chính xác.
(ở đây dung động cơ thủy lực thay cho động cơ điện vì tính ƣu việc của nó cũng nhƣ những lợi ích cho máy đã phân tích ở trên)
-Hoạt động nhƣ một cơ cấu kẹp nên sẽ giúp máy kẹp cây cứng vững hơn khi làm việc
-Sử dụng nguồn thủy lực của xe
-Năng suất lớn vì động cơ thủy lực hoạt động ổn định
-Cũng nhƣ các cơ cấu kẹp cơ cấu sử dụng 2 xy-lanh này sẽ giúp bánh xe tiếp xúc với cây và tạo lực ma sát tốt hơn
-Có thể giúp máy cắt những đoạn nhỏ hơn 4m chỉ cần thay đổi chiều của động cơ là có thể đƣa cây lùi về
-Cần động cơ công suất lớn để có thể tạo lực đẩy lớn hơn lực ma sát do 2 hàm kẹp tạo ra
-Chi phí giá thành cao
-Sử dụng nhiều cơ cấu chấp hành, động cơ làm tang khối lƣợng của máy
3.3.4.2 Dùng hàm kẹp cộng với một xy-lanh lớn
Hình 3.9 Cơ cấu tuốt cành
Hoạt động của thiết bị này giống như một hàm kẹp thông thường, trong đó xy-lanh lớn di chuyển ra ngoài mang theo hàm kẹp ở đầu Khi xy-lanh đạt đến cuối hành trình, hàm kẹp sẽ được gắn chặt và tạo ra lực kẹp lớn Sau đó, xy-lanh sẽ kéo cả máy về phía trước theo thân cây cho đến khi đạt chiều dài 4m, lúc này dụng cụ cắt sẽ hoạt động Số lần di chuyển để đạt đủ 4m phụ thuộc vào hành trình của xy-lanh Ưu điểm của thiết bị này là khả năng kẹp mạnh mẽ và hiệu quả trong việc cắt.
-Hiệu quả đối với cây tràm vì cơ cấu này chỉ phù hợp đối với cây có đường kính nhỏ khoảng 25cm
-Sử dụng nguồn là thủy lực
-Có thể dễ dàng đo đƣợc đoạn 4m để dụng cụ cắt có thể làm việc
-Năng suất thấp vì cơ cấu cấp phôi hoạt động lâu hơn gấp đôi so với việc sử dụng động cơ thủy lực
-Tốc độ tỉa cành không cao sẽ gặp trở ngại nếu nhƣ gặp những cành nhánh lớn có thể quá tải so với xy-lanh
Dựa vào việc phân tích so sánh năng suất và khả năng ứng dụng của từng phương án, sử dụng 2 động cơ lăn cây kết hợp với xy lanh thủy lực được xác định là phương án tối ưu cho mô hình máy khai thác gỗ tràm.
Dùng 2 bánh xe lăn cây là 2 động cơ thủy lực kết hợp với 2 xy-lanh giúp đƣa 2 bánh xe ra vào tiếp xúc vào thân cây
Động cơ thủy lực đủ mạnh để đẩy nổi cả thân cây tràm
Hoạt động với năng suất cao hơn cơ cấu kẹp đẩy phôi
Dùng 2 xy-lanh hoạt động nhƣ cơ cấu kẹp nên có thể ôm sát thân cây và tạo ra ma sát lớn giúp đẩy cây đi
Tốc độ đẩy nhanh hơn cơ cấu kẹp đẩy phôi nên dao tỉa cành có thể hoạt động tốt hơn
Sau khi chọn các phương án tối ưu ta được sơ đồ nguyên lý máy hoàn chình:
Hình 3.10 Mô hình hoàn thiện
Yêu cầu của đề tài:
- Khai thác các loại cây có đường kính (80 ÷ 300) mm, chiều dài cây từ (10 ÷ 25) m
Cải thiện năng suất khai thác gỗ bằng cách áp dụng công nghệ cạo hiện đại thay thế sức lao động con người Công nghệ này cho phép máy móc hoạt động hiệu quả ở những địa hình hiểm trở, mang lại hiệu suất cao hơn so với các phương pháp truyền thống.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT
Tính [σ] cơ cấu đẩy
3.π.(0,15) 2 30 = 0,71 𝑚 3 Khối lƣợng riêng của gỗ tràm trong khoảng 700 ÷ 800 (kg)
4.1.2 Tính lực tác dụng lên cơ cấu đẩy
Sơ đồ 4.1 Sơ đồphân tích lực cơ cấu đẩy
Theo khảo sát bán kính cây tràm nhỏ nhất là 30, lúc này hai con lăn sẽ chạm nhau, để 0 < A1B1 < 80 ta chọn 𝞿 = 40 0
EC = Sin(40).(FD + DC) = sin(40.(200 + 101) = 193 (mm)
Các loại bơm và động cơ thủy lực thường có áp lực định mức 19,6 MPa Đối với cơ cấu lái, bơm bánh răng được chọn có áp lực định mức 6,87 MPa, trong khi bơm cho cơ cấu đảo chiều cũng là bơm bánh răng với áp lực định mức 2,94 MPa Đối với các bộ công tác, bơm piston hướng trục được chọn với áp lực định mức 19,6 MPa.
+ áp lực làm việc của xilanh lái:
+Áp lực làm việc của Piston:
𝜑−1) hệ số tỷ lệ: 𝜑 = 2 η 𝑥 : hiệu suất cơ khí của xylanh η 𝑥 = 0,95
+ tính toán đường kính cán piston
4.1.4 Vẽ biểu đồ nội lực
Sơ đồ 4.2Sơ đồ biểu đồ nội lực
Hình 4.1 Mặt cắt ngang cơ cấu đẩy
Mặt cắt ngang cơ cấu đẩy
Xác định ứng suất và kiểm tra bền cơ cấu đẩy
Vậy ta chọn thép C25 là loại thép kết cấu lƣợng cacbon trung bình 𝐶 𝑇𝐵
(0,3 ÷ 0,5) % để chế tạo các chi tiết chịu tải trọng và va đập cao, độ cứng bề mặt HRC
(60 – 62), chống mài mòn tương đối tốt, lõi HRC (30 – 40), độ dài cao, độ bền tốt, 𝜎 𝑏 trong khoảng 500 – 600 Mpa
Tính [ σ ] hàm kẹp trên
4.2.1 Tính lực tác dụng lên hàm kẹp
Sơ đồ 4.3 Sơ đồ phân tích lực hàm kẹp
+ áp lực làm việc của xilanh lái:
+Áp lực làm việc của Piston:
𝜑−1) hệ số tỷ lệ: 𝜑 = 2 η 𝑥 : hiệu suất cơ khí của xylanh η 𝑥 = 0,95
+ tính toán đường kính cán piston
Hình 4.2 Thông tin hàm kẹp
Hình 4.3 Thông tin vật liệu hàm kẹp 4.2.5 Vị trí lực cố định và lực tác dụng lên hàm kẹp
Sơ đồ 4.4 Sơ đồ vị trí tác dụng lực cố định hàm kẹp trên
Sơ đồ 4.5Sơ đồ vị trí lực tác dụng lên hàm kẹp trên 4.2.6 Kết quả phân tích
Sơ đồ 4.6 Sơ đồ ứng suất hàm kẹp trên
Sơ đồ 4.7 Sơ đồ chuyển vị hàm kẹp trên
Sơ đồ 4.8 Sơ đồ biến dạng hàm kẹp trên
Tính [ σ ] hàm kẹp dưới
4.3.1 lực tác dụng lên hàm kẹp
Sơ đồ 4.9Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên hàm kẹp dưới
Sơ đồ tác dụng lực lên hàm kẹp
+ áp lực làm việc của xilanh lái:
+Áp lực làm việc của Piston:
𝜑−1) hệ số tỷ lệ: 𝜑 = 2 η 𝑥 : hiệu suất cơ khí của xylanh η 𝑥 = 0,95
+ tính toán đường kính cán piston
4.3.3 Thông tin hàm kẹp hình 4.4 Thông tin hàm kẹp dưới 4.3.4 Thuộc tính vật liệu
Hình 4.5 Thông tin vật liệu hàm kẹp dưới
4.3.5 Vị trí cố định và lực tác dụng lên hàm kẹp
Sơ đồ4.10Sơ đồ vị trí tác dụng lực cố định hàm kẹp dưới
Sơ đồ4.11Sơ đồ vị trí tác dụng lực hàm kẹp dưới
Sơ đồ 4.12 Sơ đồ ứng suất hàm kẹp dưới
Sơ đồ 4.13 Sơ đồ chuyển vị hàm kẹp dưới
Sơ đồ 4.14 Sơ đồ biến dạng hàm kẹp dưới
Tính [ σ ] tay nâng
Sơ đồ4.15Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên xylanh
F6 = 11143 N diện tích piston của xylanh này đƣợc xác định từ điều kiện cân bằng lực
Trong đó: 𝑃 6 là áp suất làm việc của dầu
𝐷 – Đường kính piston ɳ 𝑥 – hiệu suất cơ khí của xylanh ɳ 𝑥 =0,95
𝐹 6 – lực tác dụng lên xylanh
Ta chọn xy lanh cần bằng thân máy có D = 40 mm và đường kính cán piston d = 30 mm
Do đường kính danh nghĩa của xylanh lớn hơn đường kính tính toán vì vậy áp suất làm việc sẽ nhỏ hơn Áp suất làm việc của xylanh P = 𝐹 6
4.4.2 Phân tích lực tác dụng lên tay nâng máy
Sơ đồ 4.16 Sơ đồ tác dụng lực lên tay nâng
Hình 4.6 Thông tin tay nâng 4.4.4 Thuộc tính vật liệu
Hình 4.7 Thuộc tính vật liêu tay nâng
4.4.5 Vị trí cố định và lực tác dụng lên tay nâng
Sơ đồ 4.17 Sơ đồ vị trí cố định tay nâng
Sơ đồ 4.18 Sơ đồ tác dụng lực lên tay nâng
Sơ đồ 4.19 Sơ đồ ứng suất tay nâng
Sơ đồ 4.20 Sơ đồ chuyển vị tay nâng
Tính toán chọn động cơ
Sơ đồ 4.22 Sơ đồ lực tác dụng lực lên thân cây
- Chiếu lên phương chuyển động của vật :
- Chiếu lực theo phương phản lực:
Theo yêu cầu cây đƣợc cắt thành một đoạn 4m, vận tốc trƣợt là 1,4 m/s
- Tính gia tốc trƣợt của cây: a = 𝑣
- thời gian tuốt đƣợc 4m là: t = 𝑣
0,245 = 5,7 s hệ số ma sát trƣợt của gỗ Ks (0,4 ÷ 0,6) ta tính đƣợc 𝐹 𝐶/𝑡 >= 𝑚𝑎
- Tính lực cắt nhánh cây
Sơ đồ 4.23 Sơ đồ lực cắt của dao lên thân cây
Trong đó: Ɣ: góc trước α: góc sau β: góc cắt δ: góc sắc
- Bộ phận làm việc là lƣỡi cắt nhấn sâu vào nhánh cây làm nhánh cây đứt khỏi thân cây Khi cắt sinh ra momen uốn M
- Lực cắt của dao đƣợc tính theo công thức:
𝜎 𝑐 : trở lực cắt của vật liệu
- Trở lực cắt đƣợc xác định gần đúng theo giới hạn bền chảy
- ứng suất bền của gỗ
- Đường kính lớn nhất của nhánh cây là 40 mm
Vậy lực cần thiết của động cơ
- Momen của bánh xe tạo ra
- Số vòng quay của bánh xe
Số vòng quay hết chiều dài 1 cây:
943 = 32 vòng số vòng quay trong 1 phút của động cơ:
Motor piston hướng kính sử dụng nguyên lý vành cam kết hợp với con lăn piston để tạo ra mô-men xoắn cao ở cả hai chế độ vận hành tốc độ cao và chậm Với mô-men khởi động và làm việc rất lớn, cùng với tốc độ thấp và lưu lượng riêng cao, motor này rất phù hợp cho các loại tải trọng như tời kéo tàu thủy, trục con lăn và di chuyển chân chạy thiết bị cơ giới.
+ vận tốc max 320(vòng/phút)
Tính toán chọn cƣa xích thủy lực
Lực tác dụng từ các hướng của gỗ lên lưỡi cưa, ký hiệu là lực S, có hướng thẳng góc thay đổi tùy thuộc vào điều kiện cắt Khi cắt phôi mỏng với góc cắt lớn và góc sau nhỏ, lưỡi dao ít ăn vào gỗ, thành phần vuông góc của lực S hướng lên trên Ngược lại, khi dao cắt ăn sâu vào gỗ, thành phần vuông góc của lực S lại hướng xuống dưới Trong trường hợp đầu, lực tác dụng được gọi là lực nới ra khỏi gỗ (Pn), trong khi trường hợp thứ hai được gọi là lực ép chặt vào.
Sơ đồ 4.24 Sơ đồ tác dụng lực lƣỡi cƣa lên thân cây
Sơ đồ lực khi cƣa thân cây
- Góc cắt của lƣỡi cƣa
Hình 4.8 Góc cắt của lƣỡi cƣa xích
Góc β là góc nằm giữa mặt trước và mặt sau của lưỡi cưa Góc δ được tạo thành giữa mặt trước của lưỡi cưa và mặt phẳng cắt Góc Ɣ nằm giữa mặt trước của lưỡi cưa và mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng cắt Cuối cùng, góc sau α là góc tạo thành giữa mặt sau của lưỡi cưa và mặt phẳng cắt.
- Tốc độ cắt của cƣa:
Chuyển động của lưỡi cưa khi cắt vào gỗ tạo ra phoi, được gọi là chuyển động cắt Tốc độ của lưỡi cưa khi cắt vào thân cây được đo bằng mét trên giây (m/s) và ký hiệu là v Đoạn đường mà lưỡi cưa cắt vào gỗ để loại bỏ một lớp phoi được gọi là quỹ đạo cắt.
(sổ tay kiểm tra và sƣa chữa lƣỡi cắt gọt gỗ)
Trong đó : t - bước răng t = 25mm
𝑈 𝑧 - lƣợng ăn dao của một răng cƣa 𝑈 𝑧 = 0,4 mm
𝑈 - tốc độ đẩy cƣa ( mm/s )
Tốc độ đẩy của cƣa bằng tốc độ đẩy của xylanh
Hành trình xylanh Lxl = 300mm
Thời gian dẫn động T = 0,5s Đường kính xylanh D = 50mm, đường kính cần d = 38mm
Vậy tốc độ đẩy của cƣa :
Thay vào ct ta có :
(sổ tay kiểm tra và sƣa chữa lƣỡi cắt gọt gỗ)
S.L - diện tích mặt cắt ngang của phoi với S = 2,5mm, L = 10mm
- Tính toán năng suất cƣa
𝐿.K (mm/ca) theo [3,CT69,tr128]
(sổ tay kiểm tra và sƣa chữa lƣỡi cắt gọt gỗ)
N - năng suất cƣa trong một ca tính bằng chiều dài gia công (mm) t - thời gian làm việc một ca t = 4h = 240 (phút) l - chiều dài cây gỗ l = 25m
K - hệ số lợi dụng máy Chon K = (0,83 ÷ 0,9)
T - thời gian cần thiết để cƣa xong một cây gỗ
Cây đƣợc cắt thành mỗi đoạn 4m
Thời gian cơ cấu đẩy trƣợt hết 4m 𝑡 1 = 5,7s
Thời gian cƣa cắt đứt đoạn 4m 𝑡 2 = 1,2s
Công suất của cƣa N = 7826,1 (m/ca)
- Công suất cắt của cƣa
Năng suất tiêu hao trong quá trình cưa gỗ được biểu thị dưới dạng công cắt riêng và công suất cắt
Công cắt riêng: là năng lƣợng, tính bằng kilogam.met, dùng để chuyển hóa tạo ra một
𝑐𝑚 3 phoi gỗ Công cƣa riêng ký hiệu là K, đơn vị là kG.m/𝑐𝑚 3 Công cắt riêng phụ thuộc vào: các tham số góc của lƣỡi cƣa, loại gỗ, độ ẩm của gỗ, chiều dày phoi, góc gặp (cắt ngang thớ), tốc độ cắt và nhân tố khác
Công suất cưa là năng lượng cần thiết để tạo ra một thể tích phoi trong một giây, được đo bằng kG.m/s, Hp hoặc kW.
Công suất cần thiết của máy đƣợc tính théo công thức sau:
(sổ tay kiểm tra và sƣa chữa lƣỡi cắt gọt gỗ)
K - cản cắt riêng K = 1.5 theo [2,tr36] b - chiều rông lớp gỗ bị hớt đi b = 300mm h - chiều dày lớp gỗ bị hớt đi h = 5mm
U - tốc độ đẩy gỗ U = 600 (mm/S) = 36 (m/phút)
- Chon cƣa xích thủy lực
Cửa xích thủy lực ISC 890F4 với công suất 12GPM mang lại sức mạnh vượt trội nhờ công nghệ FORCE4 Sản phẩm này không chỉ có độ bền cao mà còn dễ dàng thay đổi ổ đĩa bánh răng, đồng thời sở hữu kiểu dáng đẹp và gọn nhẹ, giúp nó hoạt động hiệu quả trong mọi điều kiện làm việc.
Thông số kỹ thuật của cƣa:
+ tốc độ motor 6500 vòng/phút
