Luận văn Thạc sĩ Khoa học lâm nghiệp: Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số thông số đến chi phí năng lượng riêng và chất lượng bề mặt gia công khi cưa ngang gỗ keo lá tràm (Acacia auriculiformics Cunn) bằng cưa đĩa

Chia sẻ: Tri Lộ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:138

Thêm vào BST

Báo xấu

22
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của đề tài là xác định mức độ và quy luật ảnh hưởng của các yếu tố về cấu tạo và công nghệ của máy cưa đĩa đến các chỉ tiêu về chi phí năng lượng riêng và chất lượng bề mặt gia công khi cắt ngang gỗ keo lá tràm, loài cây được trồng phổ biến ở nước ta hiện nay. Trên cơ sở đó, xác định được chế độ sử dụng cưa hợp lý để đạt được mục tiêu giảm chi phí sản xuất, giảm giá thành, nâng cao chất lượng sản phẩm.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học lâm nghiệp: Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số thông số đến chi phí năng lượng riêng và chất lượng bề mặt gia công khi cưa ngang gỗ keo lá tràm (Acacia auriculiformics Cunn) bằng cưa đĩa

i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đƣợc bản luận án này, trong suốt thời gian vừa qua tôi đã nhận đƣợc nhiều sự quan tâm giúp đỡ, chỉ dẫn của nhiều tập thể, cá nhân. Nhân dịp này cho phép tôi đƣợc bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới: Thầy giáo hƣớng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Văn Quân đã dành nhiều thời gian hƣớng dẫn, chỉ bảo tận tình, PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu, PGS. TS Lê Văn Thái, TS Nguyễn Văn Bỉ đã nhiệt tình giúp đỡ tôi thu thập và xử lý số liệu. Tập thể cán bộ, giáo viên Phòng Sau đại học, Khoa Cơ điện và Công trình, Trung tâm thí nghiệm thực hành Khoa Cơ điện và Công trình trƣờng Đại học Lâm nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện đề tài. Xin cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã động viên giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc vì những giúp đỡ quý báu đó. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những kết quả trong luận văn này đƣợc tính toán chính xác, trung thực và chƣa có tác giả nào công bố. Những nội dung tham khảo, trích dẫn trong luận văn đều đƣợc chỉ dẫn nguồn gốc. Hà Nội, tháng 11 năm 2016 Tác giả Phạm Quốc Trí PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
ii MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... i MỤC LỤC ......................................................................................................... ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU .......................................................................... v DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................... ix DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................. x ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................... 1 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.................................. 4 1.1. Tình hình nghiên cứu ở ngoài nƣớc ........................................................... 4 1.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nƣớc.......................................................... 14 Chƣơng 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................................................... 18 2.1. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................. 18 2.1.1. Mục tiêu chung ...................................................................................... 18 2.1.2. Mục tiêu cụ thể ...................................................................................... 18 2.2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu............................................................ 18 2.2.1. Thiết bị gia công.................................................................................... 18 2.2.2. Loài gỗ................................................................................................... 19 2.2.3. Giới hạn nghiên cứu .............................................................................. 20 2.3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 20 2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu.......................................................................... 20 2.4.1. Lựa chọn phƣơng pháp nghiên cứu....................................................... 20 2.4.2. Chọn mục tiêu thực nghiệm .................................................................. 23 2.4.3. Chọn tham số điều khiển ....................................................................... 23 2.4.4. Chọn thiết bị đo ..................................................................................... 24 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
iii 2.4.5. Tiến hành công tác chuẩn bị ................................................................. 25 2.4.6. Tiến hành thí nghiệm thăm dò .............................................................. 28 2.4.8. Thực nghiệm đa yếu tố .......................................................................... 35 2.4.9. Xác định các giá trị hợp lý .................................................................... 42 Chƣơng 3 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI .................................................. 45 3.1. Cấu tạo máy cƣa đĩa ц6 ............................................................................ 45 3.1.1. Bộ phận động lực .................................................................................. 46 3.1.2. Bộ phận công tác ................................................................................... 46 3.1.3. Hệ thống điều khiển, điều chỉnh ........................................................... 48 3.1.4. Bàn máy và thân máy ............................................................................ 48 3.2. Nguyên lý làm việc trên máy cƣa đĩa ц6 .................................................. 48 3.3. Động lực học của quá trình cƣa gỗ bằng cƣa đĩa ..................................... 49 3.4.2. Những yếu tố ảnh hƣởng đến chi phí năng lƣợng riêng ....................... 61 3.5. Độ nhám bề mặt gia công và các yếu tố ảnh hƣởng đến nó .................... 63 3.5.1. Khái niệm về độ nhám bề mặt gia công ................................................ 63 3.5.2. Các chỉ tiêu đánh giá độ nhám bề mặt gia công ................................... 65 3.5.3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến độ nhám bề mặt gia công ........................... 68 3.6. Kết luận .................................................................................................... 71 Chƣơng 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ............................................................ 73 4.1. Kết quả các thí nghiệm thăm dò............................................................... 73 4.2. Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố .............................................................. 75 4.2.1. Ảnh hƣởng của tốc độ đẩy đến chi phí năng lƣợng riêng Nr và độ nhám bề mặt gia công Ry .......................................................................................... 75 4.2.2. Ảnh hƣởng của góc mài cạnh cắt bên đến chi phí năng lƣợng riêng Nr và độ nhám bề mặt gia công Ry....................................................................... 78 4.2.3. Ảnh hƣởng của góc mài cạnh cắt ngắn β2 đến chi phí năng lƣợng riêng Nr và độ nhám bề mặt gia công Ry .................................................................. 81 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
iv 4.3. Kết quả thực nghiệm đa yếu tố ................................................................ 84 4.3.1. Chọn vùng nghiên cứu và các giá trị biến thiên của các yếu tố ảnh hƣởng .. 84 4.3.2. Lập ma trận thí nghiệm ......................................................................... 85 4.3.3.Tiến hành thí nghiệm theo ma trận Hartly với số lần lập lại của mỗi thí nghiệm m=3..................................................................................................... 86 4.3.4. Xác định mô hình toán học và thực hiện các phép tính kiểm tra .......... 86 4.3.5. Chuyển phƣơng trình hồi qui của hàm mục tiêu về dạng thực ............. 88 4.3.6. Xác định các giá trị tối ƣu của các thông số U, β1, β2 .......................... 89 4.3.7. Vận hành máy với các giá trị tối ƣu của các thông số ảnh hƣởng ........ 91 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu Nội dung Pm1 Lực tác dụng lên mũi cắt của cạnh cắt bên chính 1-3 p Áp lực của gỗ lên cạnh cắt ρ1 Bán kính của mũi cắt B1 Chiều dài cạnh cắt 1-3 α1 Góc sau của cạnh cắt bên 1-3 γ1 Góc trƣớc của cạnh cắt bên 1-3 f Hệ số ma sát giữa thép và gỗ. Pt 1 Lực tác dụng lên mặt trƣớc của cạnh cắt bên chính 1-3 δ1 Góc cắt của cạnh cắt bên chính 1-3 Ps1 Lực tác dụng lên mặt sau của cạnh cắt bên chính 1-3 σc Ứng suất chèn dập của gỗ Pm2 Lực tác dụng lên mũi cắt của cạnh cắt ngắn 1-2 B2 Chiều dài cạnh cắt ngắn 1-2 ρ2 Bán kính của mũi cắt ngắn 1-2 α2 Góc sau của cạnh cắt ngắn 1-2 γ2 Góc trƣớc của cạnh cắt ngắn 1-2 Pt2 Lực tác dụng lên mặt trƣớc cạnh cắt 1-2 δ2 Góc cắt của cạnh cắt ngắn 1-2 CH Hệ số đàn hồi của gỗ h Chiều dày phoi ps2 Lực tác dụng lên mặt sau của cạnh cắt ngắn 1-2 Pp Lực ma sát giữa phoi và thành mạch cƣa fg Hệ số ma sát giữa phoi gỗ và thành bên p0 Áp lực ban đầu PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
vi  Hệ số chất tải của hầu cƣa t Bƣớc răng cƣa / / Hệ số co ngót của phoi theo chiều dày  Hệ số Poatxong  Hệ số hao hụt phoi do bị cọ sát với thành bên H Chiều cao mạch cƣa r Bán kính hầu cƣa y Hệ Số đặc trƣng cho sự tăng áp lực αp Hệ số giảm áp lực của phoi do bị hao hụt pb Lực ma sát giữa đĩa cƣa và lớp phoi đƣợc tạo thành ' Hệ số chỉ lƣợng phoi ở trong khe hở P Lực cắt khi cƣa ngang gỗ. Nr Chi phí năng lƣợng riêng W Năng lƣợng hao phí để cƣa ngang đƣợc M m2 gỗ M Diện tích mạch cƣa cƣa đƣợc trong thời gian T Nc Công suất cắt khi cƣa ngang gỗ v Tốc độ cắt u Tốc độ đẩy c Lƣợng ăn gỗ của 1 răng cƣa Ra Sai lệch profin trung bình cộng l Chiều dài chuẩn y Tung độ của profin đƣợc đo từ đƣờng trung bình n Số lƣợng tung độ của profin đƣợc đo Rz Chiều cao mấp mô profin theo mƣời điểm Sm Bƣớc trung bình các mấp mô của profin PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
vii Ry Chiều cao lớn nhất các mấp mô của profin Hmax Độ mấp mô của bề mặt gia công htb Chiều dày phoi trung bình Gtt Chuẩn Kohren tính toán theo thực nghiệm Gb Chuẩn Kohren đƣợc tính sẵn trong bảng m Số lần lặp lại ở thí nghiệm mà ở đó có phƣơng sai cực đại mu Số lần lặp lại ở mỗi thí nghiệm s 2max Phƣơng sai lớn nhất trong N thí nghiệm y ui Giá trị của thông số tại điểm u y ui Giá trị trung bình của thông số ra tại điểm u. Ftt Chuẩn Fisher tính toán theo thực nghiệm S 2y Phƣơng sai do sự thay đổi thông số đầu vào X gây nên S e2 Ƣớc lƣợng phƣơng sai do nhiễu thực nghiệm gây ra S2 Phƣơng sai tuyển chọn ei Khoảng biến thiên của các yếu tố đầu vào X K* Hệ số hồi quy có nghĩa Fb Chuẩn Fisher tính toán sẵn trong bảng χ2 Chỉ tiêu Person Y Giá trị trung bình mẫu χ tt2 Chỉ tiêu Person tính toán χ 2B Chỉ tiêu Person tra bảng K* Hệ số hồi quy có nghĩa F Chuẩn Fisher đánh giá mức độ ảnh hƣởng của các yếu tố Nα Các thí nghiệm ở mức sao χ2 Chỉ tiêu Person PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
viii No Các thí nghiệm ở trung tâm k Số thông số ảnh hƣởng a Số nhóm cần chia Yi* Giá trị giữa của nhóm Y Giá trị trung bình mẫu Pi Xác suất lý thuyết của các đại lƣợng ngẫu nhiên rơi vào từng nhóm η Tiêu chuẩn Student tra bảng ∆% Sai số tƣơng đối PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
ix DANH MỤC CÁC BẢNG TT Tên bảng Trang 2.1 Tính chất vật lý của gỗ keo lá tràm 19 2.2 Một số tính chất cơ học của gỗ keo lá tràm 19 2.3 Thông số kỹ thuật của đồng hồ đo HT- 3100 25 4.1 Tổng hợp kết quả xử lý 50 thí nghiệm thăm dò đối với chi 73 phí năng lƣợng riêng 4.2 Tổng hợp kết quả xử lý 50 thí nghiệm thăm dò đối với độ 74 nhám bề mặt gia công 4.3 Mã hoá các yếu tố ảnh hƣởng 85 4.4 Ma trận thí nghiệm kế hoạch Hartly 85 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
x DANH MỤC CÁC HÌNH STT Tên hình Trang 2.1 Khung mái cƣa đĩa để khảo nghiệm 25 3.1 Sơ đồ cấu tạo của máy cƣa đĩa ц-6 45 3.2 Tiết diện ngang của đĩa cƣa 47 3.3 Cấu tạo răng cƣa cắt ngang 48 3.4 Lực tác dụng lên mũi cắt của cạnh cắt bên 1-3 49 3.5 Lực tác dụng lên mặt trƣớc của cạnh cắt bên 1-3 51 3.6 Lực tác dụng lên mặt sau của cạnh cắt bên 1-3 54 3.7 Lực tác dụng lên mặt sau của cạnh cắt ngắn 1-2 56 3.8 Nhám bề mặt 63 3.9 Các dạng lồi lõm của bề mặt gia công 65 4.1 Ảnh hƣởng của tốc độ đẩy đến chi phí năng lƣợng riêng Nr 77 4.2 Ảnh hƣởng của tốc độ đẩy đến độ nhám bề mặt gia công Ry 78 4.3 Ảnh hƣởng của góc mài β1 đến chi phí năng lƣợng riêng Nr 80 4.4 Ảnh hƣởng của góc mài β1 đến độ nhám bề mặt gia công Ry 81 4.5 Ảnh hƣởng của góc mài β2 đến chi phí năng lƣợng riêng Nr 83 4.6 Ảnh hƣởng của góc mài β2 đến độ nhám bề mặt gia công Ry 84 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Sau ba mƣơi năm đổi mới, nhờ có đƣờng lối phát triển kinh tế đúng đắn và giải pháp phù hợp, Việt Nam đã đạt đƣợc nhiều thành tựu phát triển kinh tế, đƣợc thế giới đánh giá cao. Cùng với thành tích chung của cả nƣớc, mặc dù gặp nhiều khó khăn của tình hình kinh tế trong nƣớc, quốc tế và những diễn biến khó lƣờng của thời tiết, nhƣng ngành lâm nghiệp tiếp tục phát triển và đạt đƣợc những thành tựu quan trọng, thể hiện tập trung ở những mặt sau: Diện tích rừng tăng nhanh, ổn định; bình quân trồng khoảng 220.000 ha/năm. Khoanh nuôi tái sinh 460.000 ha/năm, trong đó khoảng 50.000 ha thành rừng/năm; độ che phủ của rừng tăng từ 39,1% năm 2009 lên khoảng 40,7% năm 2015. Sản xuất lâm nghiệp tăng trƣởng nhanh, sản xuất lâm sản hàng hóa ngày càng thích ứng với biến đổi của thị trƣờng thế giới; đời sống ngƣời làm nghề rừng đƣợc nâng cao. Tốc độ tăng trƣởng giá trị sản xuất lâm nghiệp tăng nhanh những năm gần đây (năm 2011 đạt 3,4%, năm 2012 đạt 5,5%, năm 2013 đạt 6,0%, năm 2014 đạt 7,09%, năm 2015 đạt 7,5%). Sản lƣợng gỗ rừng trồng tăng 2,5 lần trong 5 năm qua, đạt khoảng 17 triệu m³ năm 2015. Công nghiệp chế biến gỗ và lâm sản phát triển mạnh với nhiều thành phần kinh tế, sản phẩm chế biến đa dạng theo yêu cầu thị trƣờng. Sản phẩm đồ gỗ Việt Nam đã xuất vào trên 100 nƣớc và vùng lãnh thổ, trong đó có các thị trƣờng đã phát triển (Mỹ, EU, Nhật Bản, Hàn quốc). Kim ngạch xuất khẩu gỗ và lâm sản ngoài gỗ tăng hơn 1,65 lần trong 5 năm, từ 4,2 tỷ USD năm 2011 lên khoảng 6,9 tỷ USD năm 2015. Nƣớc ta trở thành nƣớc đứng đầu Đông nam Á, đứng thứ hai châu Á và đứng thứ tƣ trên thế giới (sau Trung Quốc, Italia và Đức) về xuất khẩu gỗ và sản phẩm từ gỗ. Ngành công nghiệp chế biến lâm sản ngày càng thích ứng có hiệu quả với biến đổi thị trƣờng và vận hành theo tín hiệu thị trƣờng, giải quyết hài hòa các rào cản thƣơng mại PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
2 quốc tế. Thu nhập đời sống của ngƣời dân từng bƣớc đƣợc tăng lên, có hộ thu nhập từ 150-250 triệu đồng/ha rừng trồng sau 6 đến 10 năm, nên có thể làm giàu từ trồng rừng. Những năm tới, xu thế hiện thực hóa mạnh mẽ liên kết kinh tế quốc tế, hình thành Cộng đồng ASEAN từ năm 2015, các Hiệp định thƣơng mại tự do thế hệ mới đƣợc thực thi (Hiệp định đối tác xuyên Thái Bình Dƣơng (TPP), Hiệp định thƣơng mại tự do với EU và với các đối tác khác) sẽ mở ra những thuận lợi, cơ hội phát triển mới, nhƣng cũng đặt ra nhiều thách thức, đòi hỏi ngành Lâm nghiệp phải thích ứng, tăng cƣờng hợp tác, cạnh tranh quyết liệt. Để ngành Lâm nghiệp nói chung và chế biến gỗ nói riêng phát triển bền vững, các doanh nghiệp ngành gỗ cần phải tập trung đầu tƣ cho vùng nguyên liệu; tận dụng tối đa nguồn nguyên liệu sẵn có trong nƣớc; đặc biệt chú trọng đổi mới công nghệ sản xuất, nâng cao năng suất lao động, chất lƣợng sản phẩm, đẩy mạnh xuất khẩu sản phẩm tinh. Trƣớc mắt, để nâng cao năng suất lao động, chất lƣợng sản phẩm, giảm chi phí sản xuất để giảm giá thành nhằm tăng tính cạnh tranh của các sản phẩm gỗ thì việc sử dụng hiệu quả công nghệ và thiết bị hiện có là rất cần thiết. Trong dây chuyền sơ chế và chế biến gỗ, cƣa đĩa là một trong những thiết bị chủ yếu dùng để cắt ngang, xẻ dọc, dọc rìa, xẻ lại, pha phôi, cắt ngắn, hoàn chỉnh sản phẩm. Theo thống kê trong kết quả nghiên cứu của một số nhà khoa học thì cƣa đĩa chiếm trên 30% trong số các thiết bị lắp đặt trong các nhà máy chế biến gỗ [27,40,44]. Vì vậy, việc nghiên cứu sử dụng hiệu quả cƣa đĩa chắc chắn sẽ tác động tích cực đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật trong hoạt động kinh doanh của xí nghiệp. Ở nƣớc ta, máy cƣa đĩa đƣợc nhập khẩu từ nhiều nƣớc khác nhau, cho nên chúng rất đa dạng về chủng loại, kích thƣớc ...Một vài năm gần đây, một số cơ sở chế tạo máy lâm nghiệp, các xƣởng cơ khí đã chế tạo thành công một PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
3 số loại cƣa đĩa, nhƣng thƣơng hiệu cƣa đĩa của Việt Nam chƣa đƣợc dùng phổ biến vì đa số chúng đƣợc thiết kế theo mẫu của các loại máy nhập nội và chất lƣợng chƣa cao. Vì vậy, để có thể thiết kế, cải tiến và sử dụng hiệu quả cƣa đĩa cần phải nghiên cứu một cách nghiêm túc và khoa học. Với ý tƣởng trên, đƣợc sự đồng ý của Ban Giám hiệu Trƣờng Đại học Lâm nghiệp, khoa Sau Đại học chúng tôi tiến hành thực hiện luận văn tốt nghiệp với đề tài: " Nghiên cứu sự ảnh hƣởng của một số thông số đến chi phí năng lƣợng riêng và chất lƣợng bề mặt gia công khi cƣa ngang gỗ keo lá tràm (Acacia auriculiformics Cunn) bằng cƣa đĩa" Mục đích của đề tài là xác định mức độ và quy luật ảnh hƣởng của các yếu tố về cấu tạo và công nghệ của máy cƣa đĩa đến các chỉ tiêu về chi phí năng lƣợng riêng và chất lƣợng bề mặt gia công khi cắt ngang gỗ keo lá tràm, loài cây đƣợc trồng phổ biến ở nƣớc ta hiện nay. Trên cơ sở đó, xác định đƣợc chế độ sử dụng cƣa hợp lý để đạt đƣợc mục tiêu giảm chi phí sản xuất, giảm giá thành, nâng cao chất lƣợng sản phẩm... PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
4 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tình hình nghiên cứu ở ngoài nƣớc Cƣa ngang gỗ nói riêng, cƣa gỗ nói chung là dạng gia công gỗ bằng cơ học. Gia công gỗ bằng cơ học xuất hiện từ lâu và gắn liền với đời sống của loài ngƣời. Từ gỗ con ngƣời đã gia công, chế biến làm thành các vật dụng khác nhau phục vụ đời sống sinh hoạt, các công cụ lao động, vũ khí để săn bắt và bảo vệ lãnh thổ... Cùng với sự phát triển của gia công gỗ bằng cơ học, lý thuyết cắt gọt gỗ đã ra đời và phát triển không ngừng. Lý thuyết cắt gọt gỗ đi sâu nghiên cứu về các lực phát sinh trong quá trình gia công gỗ bằng cơ học, công suất của thiết bị cho việc cắt gỗ, chất lƣợng sản phẩm khi gia công, những đại lƣợng này rất cần thiết, chúng làm cơ sở cho việc lựa chọn hình dáng, để từ đó tính toán kích thƣớc của công cụ cắt, tính toán thiết kế và sử dụng hợp lý các thiết bị và các công cụ gia công gỗ. Những ngƣời có công trong việc xây dựng và phát triển lý thuyết cắt gọt gỗ phải kể đến các nhà bác học Nga nhƣ: Giáo sƣ I.A. Time, giáo sƣ, tiến sĩ P.A. Aphanaxiev, giáo sƣ K.A. Zvôrƣkin, giáo sƣ M.A. Đesevôi, giáo sƣ, tiến sĩ, C.A.Voskresenski, giáo sƣ A.I. Besatski, giáo sƣ V.Đ. Kuzơnhexôv, giáo sƣ E.G. Ivanovski, giáo sƣ F.M. Manjoc… Năm 1870, công trình nghiên cứu khoa học " Sức bền của kim loại và của gỗ khi cắt" đƣợc giáo sƣ I.A. Time công bố. Lần đầu tiên trên thế giới, lý thuyết của quá trình cắt gọt gỗ ra đời. Trong công trình này, giáo sƣ I.A. Time đã chứng minh rằng lực cắt tỷ lệ thuận với tiết diện phoi đƣợc hình thành; giải thích hiện tƣợng co ngót của phoi gỗ khi cắt do biến dạng dẻo và chứng minh rằng chiều dày và chiều rộng của phoi ảnh hƣởng đến công cắt và lực cắt khác nhau. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
5 Năm 1886, trong công trình "Công nghệ gia công gỗ bằng cơ học", giáo sƣ, tiến sĩ P.A. Aphanaxiev sử dụng lý thuyết sức bền vật liệu, khảo sát và phân tích quá trình tạo phoi khi cắt gỗ, đã kết luận rằng biểu đồ ứng suất của áp lực gỗ lên mặt trƣớc của lƣỡi cắt có dạng hình tam giác. Kết luận này của ông khác với những kết luận của giáo sƣ I.A. Time đƣa ra trƣớc đó là áp lực gỗ tác dụng lên dao cắt, phân bố đều trên mặt trƣớc của lƣỡi cắt và biểu đồ ứng suất của nó có dạng hình chữ nhật. Lần đầu tiên, vai trò của lực ma sát trong quá trình cắt gỗ đƣợc tính đến.[24] Năm 1886, trong công trình " Công nghệ gia công gỗ bằng cơ học ", giáo sƣ K.A. Zvôrƣkin bằng phƣơng pháp lý thuyết, xác định đƣợc công thức tính lực cắt gỗ với các yếu tố ảnh hƣởng đến lực cắt. Ông đã chứng minh rằng khi chiều dày phoi không đổi, công cắt gỗ tỷ lệ thuận với thể tích phoi đƣợc tạo thành và lực cắt tỷ lệ thuận với chiều rộng của phoi. Ngƣợc lại, khi chiều dày phoi thay đổi, công cắt thay đổi theo qui luật khác. Tổng hợp kết quả của 230 thí nghiệm ông đƣa ra kết luận: Công cắt riêng hay còn gọi là tỷ suất lực cắt là đại lƣợng biến đổi, khi thay đổi chiều dày phoi, sự biến đổi này tuân theo qui luật của hàm phi tuyến [24]. Năm 1934, giáo sƣ M.A. Đesevôi sử dụng phƣơng pháp toán-cơ do giáo sƣ I.A. Time đề xƣớng trƣớc đó để phân tích quá trình tạo phoi khi cắt gỗ đã tổng hợp và xây dựng tƣơng đối hoàn chỉnh lý thuyết cắt gọt gỗ. Năm 1939, ông cho xuất bản cuốn sách "Kỹ thuật gia công gỗ". Đây là công trình lớn bao gồm các vấn đề về lý thuyết và những kinh nghiệm thực tế trong gia công gỗ mà trên thế giới lúc đó chƣa có công trình nào tƣơng tự ra đời. Vào thập kỷ 40 và 50 của thế kỷ trƣớc, phát triển lý luận khoa học của giáo sƣ M.A. Đesevôi trong việc áp dụng phƣơng pháp toán cơ để nghiên cứu quá trình cắt gọt gỗ, giáo sƣ C.A. Voskresenski đã cho ra đời hai công trình khoa học: "Về sự phân biệt giữa lực cắt và áp lực tác dụng lên phoi gỗ", "Cắt PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
6 gọt gỗ". Trong các công trình này, ông chia lực cắt gỗ thành 3 thành phần là: Lực tác dụng tại mũi cắt, có vai trò cắt đứt thớ gỗ để tách phoi ra khỏi phôi gỗ; lực tác dụng lên mặt trƣớc của dao cắt có tác dụng làm biến dạng phoi và đào thải phoi; lực tác dụng lên mặt sau của dao cắt. Các thành phần lực này độc lập với nhau, không phụ thuộc nhau. Các yếu tố ảnh hƣởng đến các thành phần của lực cắt đƣợc tác giả nghiên cứu tƣơng đối toàn diện và đầy đủ. Những công trình nghiên cứu của giáo sƣ C.A. Voskresenski và các giáo sƣ I.A. Time, M.A. Đesevôi, P.A. Aphanaxiev…đã hình thành và phát triển hƣớng nghiên cứu (hay còn gọi là trƣờng phái nghiên cứu) toán cơ. Đây là hƣớng nghiên cứu sử dụng lý thuyết sức bền vật liệu để nghiên cứu, phân tích, tính toán các lực tác dụng, giải thích các hiện tƣợng xảy ra trong quá trình cắt gọt gỗ[24] đồng thời là hƣớng nghiên cứu khó, đòi hỏi ngƣời nghiên cứu phải có kiến thức sâu và rộng ở nhiều lĩnh vực nhƣng nó phù hợp với quá trình gia công gỗ. Năm 1956, trong tài liệu "Cắt gọt gỗ", giáo sƣ E.G. Ivanovski cho rằng: Nếu chỉ sử dụng phƣơng pháp toán cơ để phân tích, nghiên cứu các hiện tƣợng xảy ra trong quá trình cắt gọt gỗ thì sẽ kìm hãm sự phát triển của lý thuyết cắt gọt gỗ vì rằng cắt gọt gỗ là một trong những hiện tƣợng vật lý rất phức tạp, mặc dù phƣơng pháp toán cơ đã làm sáng tỏ đƣợc rất nhiều qui luật nhƣng không phải là tất cả chúng đã dƣợc xác định và đƣợc làm rõ. Ông đã xây dựng lý thuyết cắt gọt gỗ trên cơ sở phân tích các giá trị của các hiện tƣợng lý hóa xảy ra trong quá trình cắt gọt gỗ và trên cơ sở đó xây dựng các công thức thực nghiệm để giải các bài toán thuận và nghịch trong công nghiệp gia công gỗ. Vì vậy, hƣớng nghiên cứu do giáo sƣ E.G. Ivanovski khởi xƣớng đƣợc gọi là trƣờng phái vật lý [22, 24]. Trong các công trình nghiên cứu của ông nhƣ: "Những vấn đề mới trong cắt gọt gỗ " (1973), "Cắt gọt gỗ" (1975), các quá trình đàn hồi và biến dạng dƣ của gỗ, ma sát ở cấp độ phân tử và sự PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
7 ảnh hƣởng của tốc độ cắt đến các quá trình này đã đƣợc nghiên cứu một cách sâu sắc. Trong quá trình cắt gọt gỗ, do hiện tƣợng ma sát giữa gỗ và dao cắt, do đàn hồi của gỗ và dao cắt … đã tạo ra một lƣợng nhiệt bao gồm: Nhiệt lƣợng đƣợc sinh ra do đàn hồi của gỗ và dao cắt; nhiệt lƣợng đƣợc sinh ra do biến dạng dẻo của gỗ; nhiệt lƣợng đƣợc sinh ra do ma sát; nhiệt lƣợng đƣợc sinh ra do quá trình tách các phần tử của phoi. Lƣợng nhiệt đƣợc sinh ra đƣợc cân bằng với lƣợng nhiệt tỏa ra ngoài không khí, lƣợng nhiệt làm nóng công cụ cắt, lƣợng nhiệt làm nóng phoi và lƣợng nhiệt làm nóng gỗ. Khi bị nóng lên, ứng suất trong lƣỡi cƣa thay đổi làm mất khả năng làm việc, mạch cƣa bị lƣợn. Khi gỗ bị nóng lên, nó bị biến màu hoặc bị cháy, làm giảm chất lƣợng và thẩm mỹ… Cũng do ma sát mà trong dao cắt xuất hiện một lƣợng điện nhất định. Bằng kết quả của các thí nghiệm khoa học, ông đã xác định đƣợc sự phụ thuộc của lực cắt vào các điện tích của dao cắt khi cắt các loại gỗ khác nhau. Tuy nhiên, hƣớng nghiên cứu này đòi hỏi hệ thống thiết bị đo rất tinh vi, hiện đại và tốn kém vì trong cắt gọt gỗ, tốc độ cắt thƣờng rất cao. Trong các công trình nghiên cứu của mình nhƣ "Cắt gọt gỗ" (1956 và 1975), "Tính toán chế độ cắt gọt gỗ", giáo sƣ A.I. Besatski cho rằng: Khác với những luận điểm của giáo sƣ C.A.Voskresenski , quá trình cắt gọt gỗ không thể phân chia ra thành từng quá trình riêng biệt, độc lập với nhau mà ngƣợc lại, chúng liên kết chặt chẽ với nhau, tác dụng lẫn nhau. Trong quá trình cắt, lƣỡi cắt không phải là đƣờng thẳng mà là đƣờng cong có bán kính ρ. Sự phân chia giữa phoi và phôi gỗ xảy ra tại điểm xa nhất của bán kính ρ theo phƣơng và chiều của vận tốc cắt, quĩ đạo của đƣờng này tạo ra mặt phân cách XX nào đó. Phía trên mặt phân cách là khu vực I, thuộc mặt trƣớc của dao cắt. Tại đây, lực tƣơng hỗ đƣợc xem là đồng nhất, tập trung theo một phƣơng nhất định, lực tác dụng lên mặt trƣớc của dao cắt gồm lực pháp tuyến và lực ma sát. Ở phía dƣới mặt phân cách, mặt sau của dao cắt chịu tác dụng của lớp gỗ PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
8 đàn hồi, dƣới tác dụng của áp lực này gây ra lực ma sát. Sau khi phân hợp lực của các lực pháp tuyến và lực ma sát ở mặt trƣớc và mặt sau của dao cắt thành các thành phần song song với vận tốc cắt và vuông góc với vận tốc cắt, ông đã xác định đƣợc lực cắt gồm hai thành phần là lực cắt trên mặt cắt trƣớc của dao cắt và lực cắt trên mặt cắt sau của dao cắt. Thành phần lực cắt trên mặt cắt trƣớc của dao cắt (nằm phía trên mặt phân cách) phụ thuộc vào chiều dày của phoi, góc cắt, tốc độ cắt, góc gặp thớ còn thành phần lực cắt trên mặt cắt sau của dao cắt (nằm phía dƣới mặt phân cách) phụ thuộc vào độ tù của dao, góc sau α và góc gặp thớ. Từ những kết quả này và những số liệu thu đƣợc trong quá trình nghiên cứu, ông xây dựng các công thức thực nghiệm tính lực cắt, công suất cắt, tỷ suất lực cắt… sử dụng để xác định chế độ làm việc tối ƣu cho nhiều loại máy gia công gỗ khác nhau, cũng nhƣ áp dụng để giải các bài toán thuận và nghịch trong công nghệ gia công gỗ. Chính vì vậy, hƣớng nghiên cứu do giáo sƣ A.I. Besatski khởi xƣớng là dùng phƣơng pháp thực nghiệm để xây dựng lý thuyết cắt gọt gỗ và các kết quả nghiên cứu của ông đƣợc áp dụng rộng rãi trong thực tiễn sản xuất ở nƣớc Nga. Ở một số nƣớc công nghiệp phát triển, gia công gỗ bằng cơ học cũng đã đƣợc nghiên cứu, tiêu biểu nhƣ các công trình khoa học của các tác giả nhƣ: Kivimaa.E, Phần Lan (1950), Mc Kenzie W.M, Mỹ (1961), Bakas I.A, Anh (1932), Franz N.C, Mỹ (1958), Kollmann.F, Mỹ (1968), Koch. P, Mỹ (1985)…[18,19,20]: Trong công trình nghiên cứu "Lực cắt gọt trong gia công gỗ", giáo sƣ Kivimaa.E chia lực cắt thành hai lực thành phần. Thành phần thứ nhất lực tác dụng lên mũi cắt, không phụ thuộc vào chiều dày của phoi còn thành phần thứ hai lực tác dụng lên mặt cắt trƣớc của dao cắt, phụ thuộc vào chiều dày của phoi. Trong công trình nghiên cứu "Phân tích quá trình cắt gọt gỗ", giáo sƣ Franz N.C sau khi nghiên cứu cắt thẳng, dọc thớ ba loại gỗ Sugar pine (Pinus PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
9 Lampertiana Dougl), Yelow birch (Betula alleghaniensis Britt), White as (Frasimus Americana L.), đặc trƣng cho ba loài gỗ là gỗ lá kim vùng ôn đới, gỗ lá rộng mạch phân tán và gỗ lá rộng mạch phân bố theo vòng năm với 378 điều kiện nghiên cứu khác nhau ở 3 cấp độ ẩm (1,5%, 3,5% và độ ẩm bão hoà), 7 cấp chiều dày phoi (0,002; 0,005; 0,010;0,015; 0,020; 0,025 và 0,030 inch), 6 cấp độ của góc cắt trƣớc (5º , 10º , 15º ,20º , 25º ,30º ), đã đƣa ra một số kết luận qua trọng sau: - Quá trình cắt gỗ đƣợc đặc trƣng bởi 3 dạng cắt gọt cơ bản. - Quá trình hình thành phoi phụ thuộc vào đặc tính của gỗ và thông số hình học của dao cắt. - Sự hình thành phoi độc lập với tốc độ cắt. - Góc trƣớc của dao cắt và chiều dày của vết cắt ảnh hƣởng đến việc hình thành phoi. - Công cần thiết cho việc tách phoi phụ thuộc vào dạng hình thành phoi. - Các lực ma sát phụ thuộc vào loại gỗ và độ ẩm của gỗ nhƣng ít chịu ảnh hƣởng bởi độ nhám bề mặt của dao cắt vì các vết mài dao song song với chiều chuyển động của phoi. - Giá trị của hệ số ma sát xem ra tƣơng đối độc lập với góc trƣớc và chiều dày phoi. Tuy nhiên, do nhiều nguyên nhân khác nhau, chúng ta chƣa có nhiều những nghiên cứu chuyên sâu và thông tin một cách có hệ thống những nghiên cứu về cắt gọt gỗ ở các nƣớc tƣ bản phát triển. Máy cƣa đĩa là thiết bị gia công gỗ phổ biến trong dây chuyền công nghệ sản xuất, chế biến gỗ. Trong các nhà máy chế biến gỗ, cƣa đĩa chiếm khoảng trên 40% số thiết bị đƣợc lắp đặt. Vì vậy, nghiên cứu sử dụng cƣa đĩa có hiệu quả là vấn đề đƣợc quan tâm nghiên cứu ở nhiều nƣớc trên thế giới [43]. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
10 Để có thể sử dụng cƣa đĩa một cách có hiệu quả, các nghiên cứu về cƣa đĩa đã đi theo một số hƣớng sau: - Xác định chế độ gia công hợp lý để nâng cao năng suất, chất lƣợng sản phẩm, giảm chi phí năng lƣợng, chi phí nhân công, nâng cao hiệu quả sử dụng máy. Trong các công trình nghiên cứu của các giáo sƣ A.I. Besatski, A.E. Grube, F.M. Manjoc [23,25,30], phƣơng pháp xác định chế độ gia công của máy chế biến lâm sản nói chung và máy cƣa đĩa nói riêng đã đƣợc quan tâm nghiên cứu. Trong số các thông số kỹ thuật quan trọng đặc trƣng cho chế độ gia công là: tốc độ cắt và tốc độ đẩy. Đối với cƣa đĩa, theo kết quả nghiên cứu của giáo sƣ Iacunhin N.K [45], ảnh hƣởng của tốc độ cắt đến tỷ suất lực cắt tuân theo qui luật hàm phi tuyến. Khi tăng tốc độ cắt ở trong khoảng giá trị nhỏ hơn 50m/s thì tỷ suất lực cắt giảm, còn ở khoảng giá trị lớn hơn 60m/s, tốc độ cắt tăng thì tỷ suất lực cắt cũng tăng. Tốc độ cắt tối ƣu của cƣa đĩa khi xẻ gỗ nằm trong khoảng từ 50m/s ÷60m/s, tỷ suất lực cắt có giá trị nhỏ nhất. Tốc độ cắt không ảnh hƣởng đến độ nhấp nhô bề mặt gia công. Đối với trƣờng hợp cắt ngang gỗ, kết quả nghiên cứu của P.P. Ôxipov cho thấy rằng: Khi tốc độ cắt nằm trong khoảng từ 31,4m/s ÷ 95,5m/s và tốc độ đẩy không thay đổi thì tỷ suất lực cắt và độ nhấp nhô bề mặt gia công không thay đổi khi thay đổi tốc độ cắt. Tốc độ đẩy là thông số kỹ thuật quan trọng quyết định đến quá trình cƣa gỗ. Tốc độ đẩy ảnh hƣởng trực tiếp đến năng suất, chi phí năng lƣợng, tỷ suất lực cắt và độ nhấp nhô bề mặt gia công. Tốc độ đẩy của cƣa đĩa đƣợc chọn theo công suất của động cơ dẫn động cơ cấu đẩy gỗ; chất lƣợng mạch xẻ; khả năng làm việc của cơ cấu cắt. - Nghiên cứu ảnh hƣởng của các yếu tố khác nhau đến lực cắt, tỷ suất lực cắt, chất lƣợng bề mặt gia công, sự dao động của đĩa cƣa, quá trình thoát PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma