Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến chi phí năng lượng riêng và chất lượng gia công tạo ván cốt pha trên máy LW-14

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:88

Thêm vào BST

Báo xấu

29
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm xác lập được chế độ gia công hợp lý cho quá trình gia công gỗ tạo ván cốt pha trên các máy cưa đĩa xẻ dọc đảm bảo yêu cầu về chất lượng sản phẩm và tối giảm chi phí năng lượng trong gia công. Làm luận cứ cho việc giải bài toán tối ưu hoá khâu sản xuất trong thi công các công trình xây dựng, hướng tới nâng cao hiệu quả lao động. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến chi phí năng lượng riêng và chất lượng gia công tạo ván cốt pha trên máy LW-14

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ------------------ NGUYỄN XUÂN HOÀNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG VÀ CHẤT LƯỢNG GIA CÔNG TẠO VÁN CỐT PHA TRÊN MÁY LW-14 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Hà Nội - 2010
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ------------------ NGUYỄN XUÂN HOÀNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG VÀ CHẤT LƯỢNG GIA CÔNG TẠO VÁN CỐT PHA TRÊN MÁY LW-14 Chuyên ngành: Kỹ thuật máy & thiết bị cơ giới hoá nông lâm nghiệp Mã Số: 60.52.14 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. Hoàng Việt Hà Nội - 2010
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong sự nghiệp Công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước lĩnh vực xây dựng phát triển cơ sở hạ tầng đóng vai trò hết sức quan trọng. Cùng với các công trình Quốc gia lớn, trước nhu cầu nâng cao chất lượng cuộc sống xã hội các công trình xây dựng dân dụng vừa và nhỏ không ngừng được gia tăng, phát triển. Hiện nay, việc thi công các công trình xây dựng dân dụng vừa và nhỏ ở Việt Nam chủ yếu là thủ công nên năng suất thấp, lao động nặng nhọc. Đặc biệt trong thi công dầm, sàn bê tông cốt thép khâu gia công vật liệu làm kết cấu công trình nói chung, cốt pha nói riêng là khâu rất quan trọng nó quyết định đến chất lượng, hiệu qủa sản xuất thi công công trình. Thực tế hiện nay vật liệu làm cốt pha phục vụ thi công các công trình xây dựng chủ yếu là gỗ. Theo thống kê [12,29] hàng năm nhu cầu gỗ dùng cho xây dựng là rất lớn tới hàng triệu m3, riêng cần cho ghép sàn cốt pha cũng tới hàng chục vạn m3. Thiết bị gia công thông dụng nhất tại các công trường xây dựng là các máy cưa đĩa xẻ dọc và cắt ngang ván gỗ. Khâu gia công gỗ, vật liệu từ gỗ tạo sản phẩm ván làm cốt pha phục vụ thi công các công trình xây dựng chiếm một tỷ trọng không nhỏ về giá thành xây dựng. Chất lượng sản phẩm ván làm cốt pha ảnh hưởng lớn tới tiến độ thi công cũng như chất lượng công trình. Tuy nhiên quá trình sản xuất ván cốt pha gỗ ở các cơ sở còn có nhiều bất cập như chất lượng ván gỗ thấp, giá thành cao làm hạn chế tính cạnh tranh của sản phẩm, gây không ít khó khăn trong khâu tiêu thụ. Có nhiều nguyên nhân làm cho chi phí sản xuất cao, chất lượng sản phẩm thấp nhưng trong đó có nguyên nhân chính là chưa có nghiên cứu sử dụng hiệu quả thiết bị.
2 Trong điều kiện sản xuất cụ thể vấn đề cấp thiết đặt ra là phải nghiên cứu sử dụng hiệu quả nhất các tính năng kỹ thuật các máy và thiết bị công nghệ, xác lập chế độ gia công tối ưu, đảm bảo yêu cầu chất lượng sản phẩm, tối giảm chi phí điện năng, nguyên vật liệu, tạo cơ sở tối ưu hoá khâu sản xuất và tối ưu hoá toàn bộ quá trình thi công. Từ những lý do trên chúng tôi chọn và thực hiện đề tài: "Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến chi phí năng lượng riêng và chất lượng gia công tạo ván cốt pha trên máy LW-14 ". Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là tài liệu cần thiết cho tính toán thiết kế, cải tiến và sử dụng hiệu quả các thiết bị phục vụ đào tạo cán bộ kỹ thuật và thực tiễn thi công các công trình xây dựng.
3 Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1.Tình hình nghiên cứu ngoài nước Gia công gỗ, vật liệu từ gỗ tạo sản phẩm ván làm cốt pha phục vụ thi công các công trình xây dựng chủ yếu bằng các thiết bị cưa xẻ. Quá trình cưa xẻ gỗ là quá trình gia công gỗ bằng cơ học. 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 lượng sản phẩm khi gia công … những đại lượng này rất cần thiết, chúng làm cơ sở cho việc lựa chọn hình dáng, để từ đó tính toán kích thước của các công cụ cắt, tính toán thiết kế và sử dụng hợp lý các thiết bị và các công cụ gia công gỗ. Năm 1870, tỷ suất lực cắt lần đầu tiên được giáo sư tiến sĩ I. A. Time xác định cho các trường hợp cắt đơn giản bằng phương pháp thực nghiệm [9, 31, 34]. Năm 1933, giáo sư tiến sĩ M. A. Đesevôi đã tổng hợp và xây dựng hoàn chỉnh lý thuyết cắt gọt gỗ. Năm 1939, ông cho ra đời cuốn sách “Kỹ thuật gia công gỗ”, đó là một 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 chưa có công trình nghiên cứu tương tự nào ra đời [9]. Tỷ suất lực cắt và theo đó tính toán lực cắt, công suất cắt, công suất đẩy khi cưa ngang và xẻ dọc gỗ đã được giáo sư tiến sĩ A. L. Bersatski xác định bằng công thức thực nghiệm và tìm ra đồ thị phụ thuộc giữa bề rộng mạch cưa và lượng ăn gỗ của một răng cưa năm 1956 [14, 29, 30]. Nghiên cứu về máy và thiết bị chế biến gỗ các nhà khoa học Makovski N.V., Aliabiev V.I…[16, 18, 3,34] đã chỉ rõ chi phí năng lượng riêng là chỉ tiêu quan trọng đánh giá chất lượng máy và thiết bị. Chi phí năng lượng riêng biểu
4 thị sự hoàn thiện kỹ thuật hay mức độ năng lượng yêu cầu trong việc sử dụng, khai thác sản phẩm. Nghiên cứu quá trình cắt gỗ theo hướng kết hợp lý thuyết và thực nghiệm đã được các nhà khoa học Mỹ tiến hành như C. Fraz [27], với những kết luận quan trọng về sự tạo phoi, các yếu tố ảnh hưởng tới lực cắt. Vào thập kỷ 70 của thế kỷ XX, lý thuyết cắt gọt gỗ ngày càng được hoàn chỉnh hơn với những công trình nghiên cứu mới về cắt gọt của các giáo sư A. L. Bersatski, C. A. Vơtcrexensiki, E. G. Ivanopski đã ra đời. Lực phát sinh trong quá trình gia công gỗ bằng cơ học được nghiên cứu đầy đủ hơn và chính xác hơn. Tỷ suất lực cắt, công suất cắt khi cưa gỗ được xác định thông qua công thức lý thuyết [9, 23, 28,30, 33]. GS. TS. B.M.Buglai đã nghiên cứu độ nhẵn phần lớn các dạng gia công gỗ. Theo khả năng của máy, dao cắt và theo yêu cầu của các khâu công nghệ. Ông đã phân thành 10 cấp độ nhẵn bề mặt gia công, độ nhẵn cao nhất có thể đạt là 16 m và thấp nhất là 1600 m [9,13, 31]. Nguyên lý cấu tạo, tính năng công nghệ của các máy gia công gỗ nói chung, các máy cưa đĩa nói riêng đã được các giáo sư nổi tiếng F.M. Manjốt, N. V. Makovski nghiên cứu sâu rộng [30, 33, 34] . Nghiên cứu về khả năng làm việc của các loại lưỡi cưa đĩa trên thế giới do các nhà khoa học thực hiện như N. M. Stakhiev [37] đã tạo lập cơ sở khoa học nâng cao chất lượng gia công và độ bền công cụ cắt. Công nghệ và thiết bị sản xuất gỗ xẻ phục vụ sản xuất đồ gỗ và xây dựng đã được các nước phát triển trên thế giới như Nga, Thuỵ Điển, Phần Lan…nghiên cứu sâu rộng với các dây chuyền sản xuất hiện đại [24] , nhiều dây chuyển được tự động hoá đồng bộ (hình 1.1). Vấn đề mô hình hoá và tối ưu hoá quá trình công nghệ gia công gỗ cùng với những phương pháp luận hiện đại, nghiên cứu cắt gọt gỗ đã được các nhà khoa học,
5 Hình 1.1. Dây chuyền tự động xẻ gỗ(Thuỵ Điển): 1- thiết bị bóc vỏ; 2- máy dò kim loại; 3- thiết bị phân loại gỗ tròn; 4- thiết bị xác định kích thước gỗ; 5- trung tâm tính toán bản đồ xẻ; 6- trung tâm lập trình điều khiển các máy gia công; 7- băng chuyền; 8- thiết bị định chuẩn; 9- thiết bị hiệu chỉnh; 10- các máy gia công xẻ; 11- kho sản phẩm giáo sư A. A. Pizurin, M. S. Rozenblit tập trung nghiên cứu với nhiều công trình nổi tiếng về tối ưu hoá các quá trình sản xuất [31, 36]. Những nghiên cứu tạo lập các công thức thực nghiệm phục vụ cho tính toán thiết kế máy gia công gỗ do A. E. Grube và V. N. Sanev đề xuất đã được áp dụng rất phổ biến hiện nay [23,31]. Chế độ gia công là một trong những vấn đề có tầm quan trọng, đặc biệt là trong nghiên cứu sử dụng thiết bị công nghệ. Chế độ gia công hợp lý góp phần quyết định đến chất lượng và năng suất gia công. Do vậy vấn đề này luôn được sự quan tâm nghiên cứu của các nhà công nghệ, nhà sản xuất, điển hình về lĩnh vực này có các công trình nghiên cứu A.L. Bersatski, A.A.Pizurin, M.S.Rozenblit ....[30, 31, 35, 36, 38, 39]. 1.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nước Vật liệu gỗ xây dựng và tính toán thiết kế kết cấu gỗ đã được các tác giả Phạm Bá Lộc, Huỳnh Minh Sơn nghiên cứu, giới thiệu trong giáo trình “ Kết cấu gỗ” [12]; tuy nhiên vấn đề gia công các chi tiết trên các máy chưa được đề cập.
6 Vật liệu gỗ xây dựng nói chung, ván cốt pha nói riêng hàng năm ở nước ta được sử dụng với khối lượng lớn, tuy nhiên sản xuất rất nhỏ lẻ. Qui trình xẻ tạo các ván gỗ chủ yếu theo các công đoạn trên cơ sở các máy đa năng đẩy gỗ bằng thủ công (hình 1.2). Gỗ tròn Phân loại Cắt khúc Xẻ phá Xe ván ghép Hình 1.2. Sơ đồ quy trình xẻ ván ghép cốt pha Cắt ngắn ván ghép Những nghiên cứu về sự tác động tương hỗ giữa công cụ (dao cắt) và đối tượng gia công gồm một số công trình nghiên cứu của các tác giả: PGS.TS. Hoàng Nguyên và TS. Nguyễn Văn Minh, như “Gia công cắt gọt gỗ Việt Nam”, Nguyễn Văn Minh 1956, “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến lực và độ tù của răng khi xẻ gỗ Việt Nam bằng cưa sọc” [9]. Các tác giả đã xác định tỷ suất lực cắt của một số loại gỗ Việt Nam, như: Sến, Lim, Táu sau, khi cắt ngang và gỗ Sến khi xẻ dọc. Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến chi phí năng lượng riêng và tỷ suất dăm khi băm gỗ Keo tai tượng bằng máy BX – 444”, năm 2001 của thạc sĩ Phạm Văn Lý [7] đã chỉ ra rằng góc mài , tốc độ cắt v ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng và tỷ suất dăm tuân theo quy luật hàm bậc 2. Đề tài “Nghiên cứu xác định công suất máy băm dăm MB – 930 B sử dụng để băm gỗ làm nguyên liệu giấy”, năm 2004 của thạc sĩ Nguyễn Mạnh Hoạt [3] kết luận sự ảnh hưởng của góc mài dao tới chi phí công suất tuân theo quy luật hàm bậc 2.
7 Đề tài “Nghiên cứu sử dụng cưa xăng để chặt hạ một số loài tre thuộc chi Dendrocalamus ở miền Bắc Việt Nam ”, năm 2005 của tiến sĩ Dương Văn Tài [11] kết luận sự ảnh hưởng của góc mài cạnh cắt  đến tỷ suất lực cắt tuân theo quy luật hàm bậc 2. Đề tài ‘‘Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến tỷ suất lực và chất lượng sản phẩm khi xẻ thanh cơ sở từ gỗ Keo tai tượng (Acacia mangium) trên máy cưa đĩa Ц-6’’ của thạc sĩ Phạm Văn Quảng [11] kết luận tốc độ cắt v có mức ảnh hưởng lớn nhất đến hai chỉ tiêu tỷ suất lực và chất lượng sản phẩm. Liên quan tới các tính chất của đối tượng gia công - gỗ Keo rừng trồng Vệt Nam cũng đã được đề cập nhiều trong các công trình của các tác giả như Bùi Đình Toàn (2002), Phó Đức Sơn (2004), Đặng Trần Minh (2006). Về phân nhóm gỗ, qui định sử dụng gỗ đã có những nghiên cứu theo tiêu chuẩn Nhà nước: TCVN 1072-71 và 1077-71 (về phân nhóm gỗ, qui cách, phẩm chất gỗ); TCXD 44-70 (Qui phạm thiết kế kết cấu gỗ). Trong đó chủ yếu đưa ra những qui cách gỗ xây dựng. Một số vấn đề về miêu tả toán học các quá trình gia công gỗ, phân tích đặc tính lực trong xẻ gỗ bằng cưa vòng, đã được TS. Hoàng Việt đề cập trong các chuyên đề nghiên cứu khoa học [23, 24, 26]. Về các thiết bị gia công chế biến gỗ nói chung, các máy cưa đĩa sử dụng trong pha phôi ván nhân tạo đã được TS. Hoàng Việt giới thiệu trong tài liệu “ Máy và thiết bị chế biến gỗ” [16, 23]. Vấn đề miêu tả toán học các quá trình gia công gỗ bằng cơ giới cũng đã được T.S. Hoàng Việt đề cập trong các chuyên đề nghiên cứu, các bài giảng dành cho học viên cao học [17, 20, 21].
8 Nhận xét: Thiết bị công nghệ và các quá trình gia công gỗ bằng cơ giới nói chung, cưa đĩa nói riêng đã được nghiên cứu tương đối hoàn chỉnh. Đó là những cơ sở và luận chứng khoa học nền tảng cho các nghiên cứu phát triển và ứng dụng. Tuy nhiên với một số loại gỗ rừng trồng ở Việt Nam và đặc biệt trong sản xuất kết cấu gỗ nói chung, ván cốt pha từ gỗ Keo lá tràm chưa có tác giả nào đi sâu vào nghiên cứu. Nghiên cứu lý thuyết cắt gọt gỗ chưa nhiều, muốn thiết kế, cải tiến và sử dụng hợp lý công cụ cắt gọt gỗ cũng như chất lượng sản phẩm sau khi gia công với các loại gỗ cụ thể cần phải có những nghiên cứu cơ bản và hệ thống hơn. Nhất là trong giai đoạn hiện nay nhu cầu vật liệu gỗ cho các công trình xây dựng cơ sơ hạ tầng của đất nước đang trở nên vô cùng cấp thiết. Khâu công việc mà đề tài tập trung nghiên cứu là khâu xẻ ván ghép trong qui trình (hình 1.2). Đây là một công đoạn rất quan trọng quyết định tới năng suất, chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất. Hiện nay trong sản xuất vật liệu ván ghép cốt pha có nhiều dây chuyền đồng bộ được cơ giới và chuyên môn hoá cao. Ván gỗ nguyên liệu cũng có thể được sản xuất từ nhiều cơ sở khác. Vì vậy việc nghiên cứu các thông số kỹ thuật của máy cũng như chế độ gia công hợp lý đảm bảo yêu cầu chất lượng ván ghép cơ sở, tối giảm các chi phí năng lượng trong sản xuất là rất cần thiết. Máy cưa đĩa Universal Circular Saw, model LW-14 được chế tạo tại Trung Quốc. Với cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng nên rất phổ biến trên các công trình xây dựng dân dụng. Tuy nhiên qua khảo sát chung và thực tế sử dụng chúng tôi thấy chất lượng các chi tiết gia công từ máy này không ổn định và tiêu hao điện năng lớn dẫn đến chi phí sản xuất cao. Vì vậy, cần phải có những công trình nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng và chất lượng sản phẩm khi gia công vật liệu
9 gỗ rừng trồng để hoàn thiện hơn cơ sở lý thuyết về gia công gỗ Việt Nam, cần tạo lập cơ sở tính toán thiết kế, cải tiến thiết bị, lựa chọn chế độ gia công tối ưu, góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế thích ứng với các điều kiện sản xuất cụ thể. Từ những phân tích trên một lần nữa cho thấy vấn đề mà luận văn cần giải quyết là thời sự và cấp thiết. 1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài + Ý nghĩa lý luận: Xác định được định lượng ảnh hưởng một số yếu tố chế độ gia công đến chi phí điện năng riêng và chất lượng sản phẩm khi xẻ dọc ván gỗ trên máy cưa đĩa là cơ sở cho tính toán thiết kế, cải tiến, lựa chọn và sử dụng máy hợp lý. + Ý nghĩa thực tế: Định hướng cho các cơ sở sản xuất, tổ chức và chỉ đạo khâu gia công tạo ván cốt pha từ gỗ Keo lá tràm nói riêng và từ các loại gỗ có đặc điểm cấu tạo và tính chất cơ, lý giống như gỗ Keo lá tràm nói chung trên máy cưa đĩa đảm bảo nâng cao hiệu quả kinh tế trên cơ sở tối giảm được chi phí năng lượng và đáp ứng yêu cầu chất lượng sản phẩm.
10 Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Mục tiêu nghiên cứu - Mục tiêu tổng quát của đề tài luận văn là: Xác lập được chế độ gia công hợp lý cho quá trình gia công gỗ tạo ván cốt pha trên các máy cưa đĩa xẻ dọc đảm bảo yêu cầu về chất lượng sản phẩm và tối giảm chi phí năng lượng trong gia công. Làm luận cứ cho việc giải bài toán tối ưu hoá khâu sản xuất trong thi công các công trình xây dựng, hướng tới nâng cao hiệu quả lao động. - Mục tiêu cụ thể: + Xây dựng được mối quan hệ giữa thông số chế độ gia công (vận tốc cắt, vận tốc đẩy phôi, góc mài β) đến chất lượng mạch xẻ đối với gỗ Keo lá tràm trên máy cưa đĩa xẻ dọc Model LW-14 ; + Xây dựng được mối quan hệ giữa thông số chế độ gia công đến chi phí năng lượng riêng khi xẻ dọc gỗ Keo lá tràm + Xác định chế độ gia công hợp lý khi xẻ nguyên liệu gỗ Keo lá tràm để sản xuất ván cốt pha có chất lượng theo đơn đặt hàng và tối giảm chi phí năng lượng. 2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2.2.1. Gỗ Keo lá tràm - đối tượng gia công Gỗ để xẻ ván cốt pha là ván xẻ gỗ Keo lá tràm (sản phẩm sau khâu xẻ gỗ tròn ), gỗ có độ tuổi 8-12 năm. Gỗ Keo lá tràm thuộc chi Keo (Acacia Miller), thuộc họ Trinh nữ (Mimosoceae R.Br.); chúng được phân bố rộng khắp ở vùng nhiệt đới và á nhiệt đới với hơn 1300 loài. Hầu hết các loài được phát hiện ở bán cầu Nam và trung tâm chính về sự đa dạng nằm ở Australia và Thái Bình Dương.
11 Thuộc vùng Melasian xuất hiện 29 loài bản địa. Hầu hết các loài cho gỗ thấy được ở New Guinea. Ở Việt Nam, Keo lá tràm là một trong những cây tiên phong trong chương trình trồng mới 5 triệu hecta rừng. Keo lá tràm cũng được trồng làm băng cản lửa và chắn gió, che bóng, bảo vệ đất, làm cảnh . Gỗ Keo được dùng để sản xuất đồ mộc, xây dựng công trình bán kiên cố và tạm thời, làm khung cửa chính và cửa sổ, phào, ván sàn, cột, cọc, pano, trụ mỏ, tàu thuyền, xe bò, bánh lái, con tiện, nông cụ, bao diêm, ván dăm, ván sợi, ván mỏng và ván dán, bột giấy và giấy. Hiện nay gỗ Keo lá tràm được dùng nhiều trong ván ghép cốt pha do gỗ cứng và có khả năng đàn hồi tốt, rất phù hợp với môi trường ẩm. Bột gỗ thích hợp cho sản xuất ván tàu thuyền, túi đựng, giấy gói và bao tải nhiều lớp. Gỗ làm củi và cho than tốt do nó có nhiệt lượng cao. Mùn cưa dùng làm nấm khá tốt [5, 8, 14]. Với vai trò là đối tượng gia công mà luận văn nghiên cứu, các tính chất cơ - lý của gỗ Keo tai tượng được quan tâm đặc biệt. Tính vật lý, chất cơ học của chúng đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu với nhiều vùng sinh thái khác nhau. Dưới đây (bảng 2.1) là một số tính chất vật lý, cơ học chủ yếu của gỗ Keo lá tràm được trồng tại Hà Tây cũ [5,8]:
12 Bảng 2.1. Tính chất vật lý, cơ lý chủ yếu của gỗ Keo lá tràm TT Tính chất cơ lý Đơn vị đo Trị số 1 Khối lượng thể tích cơ bản g/cm3 0,542 2 Khối lượng thể tích khô kiệt g/cm3 0,502 3 Tỷ lệ giãn nở thể tích, Yv % 10,33 4 Độ hút nước % 90,06 5 Độ hút ẩm % 25,62 6 Độ bền kéo dọc thớ MPa 91,36 7 Độ bền ép dọc MPa 46,19 8 Độ bền uốn tĩnh MPa 91,77 9 Độ bền ép ngang XT MPa 7,14 10 Độ bền ép ngang TT MPa 7,06 11 Mô đun đàn hồi uốn tĩnh MPa 10198,5 12 Độ bền trượt dọc mặt cắt XT MPa 9,548 13 Độ bền trượt dọc mặt cắt TT MPa 10,18 14 Độ cứng tĩnh mặt cắt ngang MPa 61,52 15 Độ cứng tĩnh mặt cắt XT MPa 52,37 16 Độ cứng tĩnh mặt cắt TT MPa 53,92 17 Lực tách MPa 1,1 Như vậy Keo lá tràm là một trong số ít loài gỗ có trữ lượng lớn hiện nay, mặt khác gỗ Keo lá tràm có công dụng rộng, cùng với việc gây trồng không yêu cầu khắt khe về điều kiện tự nhiên. Điều này cho thấy việc lựa chọn loại gỗ này làm đối tượng nghiên cứu là hoàn toàn phù hợp. Tổng hợp những tính chất vật lý, cơ học của gỗ Keo lá tràm sẽ làm cơ sở giúp cho việc dự đoán và lý giải các hiện tượng quan sát được trong nghiên cứu thực nghiệm.
13 2.2.2.Thiết bị và điều kiện thực nghiệm Thiết bị nghiên cứu trong gia công là máy cưa đĩa LW-14, thực nghiệm tiến hành tại Trung tâm nghiên cứu thực nghiệm và chuyển giao công nghệ Công nghiệp rừng (TTCNR), trường Đại học lâm nghiệp. a. Đặc điểm cấu tạo của máy cưa đĩa LW-14 Máy cưa đĩa LW-14 có các thông số kỹ thuật cơ bản được ghi trong phụ biểu 1 phần phụ lục. Sơ đồ cấu tạo của máy được thể hiện trên hình 2.1, với những bộ phận chính như sau: Hình 2.1. Sơ đồ cấu tạo cưa đĩa LW-14 : Hình 2.2. Sơ đồ cấu tạo cưa đĩa Ц-6: 1- bàn cưa; 2- rãnh trượt; 3- cơ cấu nâng hạ bàn cưa; 4, 8, 11- các vít điều chỉnh; 5- thanh đỡ; 6- động cơ;Hình 2.2. Sơ 7- máng đồ cấu thoát tạo9- phoi; cưa đĩacưa; lưỡi Ц-6: 10- dao tách mạch; 12- thước dẫn hướng; 13- bảo hiểm; 14-. bao che; 15- trục thước tựa. - Bộ phận động lực Bộ phận động lực của cưa đĩa gồm có một động cơ không đồng bộ ba pha 6 có công suất P = 7,5 KW. Chuyển động quay của động cơ được truyền đến trục của đĩa cưa nhờ hệ thống truyền động đai. Tuỳ theo yêu cầu về tốc độ cắt mà chúng ta có các cặp puli-dây đai tương ứng hoặc thay đổi đường kính đĩa cưa để tạo ra các tốc độ cắt khác nhau.
14 - Bộ phận công tác (bộ phận cắt gỗ) Bộ phận công tác của cưa đĩa gồm có trục và đĩa cưa. Trục cưa được làm bằng thép tốt, lắp trên thân máy bằng 2 ổ bi. Một đầu của trục được lắp với puli bị động, đầu còn lại được lắp với đĩa cưa. Đĩa cưa là một bản thép mỏng tròn ở mép ngoài được dập sẵn các răng cưa để tạo thành tổ hợp các cạnh cắt, ở tâm của đĩa có khoan lỗ để lắp vào trục một cách dễ dàng. Khi đường kính lưỡi cưa thay đổi sẽ kéo theo sự thay đổi khoảng tiếp xúc giữa gỗ và cưa, do đó kích thước phoi, góc gặp thớ và chất lượng mạch xẻ thay đổi, đường kính đĩa cưa tăng kéo theo công suất cắt tăng, chiều dày phoi tăng vì chiều dày bản cưa tăng để đảm bảo độ cứng vững của đĩa cưa. Đĩa ốp có tác dụng làm tăng thêm độ cứng vững cho đĩa cưa, đĩa ốp được làm bằng thép. Răng cưa, với các loại cưa đĩa răng thường có các dạng như: răng cưa lưng thẳng, răng cưa lưng gãy, răng cưa lưng cong. - Hệ thống dẫn động điện Hệ thống dẫn động điện của máy cưa đĩa gồm các bộ phận chính như: aptomat tổng, cầu chì, khởi động từ, động cơ điện, các công tắc. - Bàn máy và thân máy Bàn máy cưa đĩa được làm bằng gang, bàn máy có kích thước cơ bản là LxB=1200x800 (mm). Thân máy được làm bằng gang định hình, trên thân máy có bố trí các vị trí để lắp đặt các cơ cấu của máy. Thân máy có thể điều chỉnh nâng hạ được cho phù hợp với chiều cao mạch xẻ nhờ cơ cấu điều chỉnh 3. b- Nguyên lý làm việc trên máy cưa đĩa xẻ dọc LW-14 Để tiến hành xẻ gỗ, trước hết ta phải tiến hành kiểm tra máy và căn chỉnh khoảng cách giữa lưỡi cưa và thanh tựa sao cho phù hợp với quy cách sản phẩm. Sau khi đã kiểm tra xong ta tiến hành khởi động động cơ điện.
15 Thông qua hệ thống truyền động puli-dây đai, chuyển động quay của động cơ được truyền đến trục của đĩa cưa. Khi đĩa cưa đã quay với số vòng quay ổn định thì ta tiến hành đẩy gỗ cần xẻ vào cưa, khi đó chuyển động quay của đĩa cưa sẽ thực hiện quá trình cắt gọt. Khi đã xẻ hết mạch thứ nhất ta tiến hành kéo gỗ lại và tiếp tục xẻ mạch thứ hai, quá trình xẻ được lặp đi lặp lại nhiều lần đến khi bỏ ván hay thanh cuối cùng ra khỏi bàn máy. 2.2.3. Các thông số chế độ gia công Luận văn giới hạn tập trung nghiên cứu các thông số cơ bản nhất (thông số điều khiển) của chế độ gia công trên máy là vận tốc cắt V, vận tốc đẩy phôi U và góc mái răng cắt β. 2.2.4. Chi phí năng lượng riêng và chất lượng sản phẩm gia công a. Chi phí năng lượng riêng: Luận văn thực hiện xác định công suất tiêu thụ điện năng trên một đơn vị chiều dài mạch xẻ. b- Chất lượng sản phẩm gia công: Sản phẩm gia công - ván xẻ, kích thước ván chiều dày S = 22 mm và chiều dài trung bình L = 2000 mm. Chất lượng ván xẻ được đánh giá theo một số tiêu chuẩn hiện hành về độ phẳng, nhẵn bề mặt ván, độ phẳng mạch xẻ và kích thước hình học ván. 2.3. Nội dung nghiên cứu Với phạm vi nghiên cứu đã trình bày ở phần trên. Để đạt được mục tiêu của đề tài chúng tôi tập trung giải quyết những nội dung sau: 2.3.1. Tổng hợp những cơ sở khoa học quá trình xẻ dọc gỗ bằng cưa đĩa và thiết bị công nghệ. 2.3.2. Xác định những yếu tố thuộc chế độ gia công ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng và chất lượng gia công của máy cưa đĩa xẻ dọc. 2.3.3. Thực nghiệm xây dựng mô hình toán học của các hàm mục tiêu.
16 2.3.4. Xác định chế độ làm việc hợp lý . Đề xuất những biện pháp kỹ thuật để sử dụng hiệu quả máy cưa đĩa xẻ dọc LW-14. 2.4. Phương pháp nghiên cứu Các phương pháp chủ đạo được sử dụng để giải quyết các nội dung nghiên cứu của đề tài là phương pháp nghiên cứu lý thuyết và phương pháp thực nghiệm. 2.4.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết Phương pháp nghiên cứu lý thuyết được sử dụng trong nghiên cứu các công trình khoa học, tổng hợp cơ sở lý luận để giải quyết các nội dung 2.3.1, 2.3.2 và 2.3.4, làm định hướng ban đầu, hỗ trợ giảm bớt khối lượng công việc, rút ngắn thời gian nghiên cứu thực nghiệm. 2.4.2. Phương pháp thực nghiệm Phương pháp thực nghiệm được sử dụng là qui hoạch thực nghiệm đơn và đa yếu tố để giải quyết các nội dung 2.3.3 và 2.3.4. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm chúng tôi sử dụng trong luận văn không phải là thực nghiệm thuần tuý mà kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm, lấy lý thuyết làm cơ sở định hướng ban đầu, hỗ trợ giảm bớt khối lượng công việc, qua đó rút ngắn thời gian thực nghiệm. Đó là phương pháp thực nghiệm chủ động của quy hoạch thực nghiệm Quy hoạch thực nghiệm là cơ sở phương pháp luận của nghiên cứu thực nghiệm hiện đại. Đây là phương pháp nghiên cứu mới, trong đó công cụ toán học đóng vai trò tích cực. Cơ sở toán học, nền tảng của lý thuyết quy hoạch thực nghiệm là toán học thống kê với hai lĩnh vực quan trọng là phân tích phương sai và phân tích hồi quy. Lựa chọn kiểu thiết kế thí nghiệm được căn cứ vào mối quan hệ thể hiện sự ảnh hưởng giữa yếu tố đầu ra và yếu tố đầu vào là quan hệ tuyến tính hay phi tuyến. Điều này giúp cho việc lựa chọn phương pháp bố trí thực nghiệm hợp lý, giảm thiểu các thí nghiệm không cần thiết.
17 Nội dung của phương pháp quy hoạch thực nghiệm này là xác định ảnh hưởng tới tham số đầu ra của quá trình nghiên cứu bởi một loạt các biến số. Trong đó, tham số đầu ra ký hiệu là Yi, các yếu tố ảnh hưởng ký hiệu là Xi. Đây là những yếu tố có thể lượng hoá, đo đếm và điều khiển được. Đối với tham số đầu ra, khi không biết trước dạng của nó thì nên thực hiện từ quy hoạch thực nghiệm bậc nhất, sau đó kiểm tra mô hình thu được bằng các tiêu chuẩn thống kê, nếu không phù hợp thì chuyển sang mô hình quy hoạch thực nghiệm bậc hai [1, 2, 4, 6, 15]. Quy hoạch thực nghiệm bậc nhất - Các dạng kế hoạch thực nghiệm bậc nhất: + Quy hoạch thực nghiệm các yếu tố toàn phần (đầy đủ): Mô hình thực nghiệm bậc nhất với các yếu tố toàn phần có dạng: Y = b0 + b1x1 + b2x2 +... bnxn. (2.1) Trong đó: b0 - số hạng tự do; b1, b2, ...bn - các hệ số hồi quy tuyến tính; xi , xn - các yếu tố ảnh hưởng (số biến); Y - tham số đầu ra; i - chỉ số các yếu tố, i = 1, 2, ....n. Các thí nghiệm được thực hiện với toàn bộ các mức của các yếu tố. Số thí nghiệm (N) phụ thuộc vào số lượng các yếu tố theo hai mức và được tính bằng công thức: N = 2n. + Quy hoạch thực nghiệm tuyến tính rút gọn: Kế hoạch thực nghiệm toàn phần có nhược điểm là khi thông số đầu vào tăng, thì số điểm thí nghiệm tăng lên rất lớn, kế hoạch trở nên cồng kềnh, tốn kém. Vì vậy, người ta đưa ra các loại thực nghiệm rút gọn trong đó số lượng thí nghiệm N được tính như sau: N = 2n-p (p là bậc rút gọn). - Các yếu tố ảnh hưởng và khoảng xác định của chúng: Trong nghiên cứu thực nghiệm, các yếu tố ảnh hưởng được chọn phải là
18 những yếu tố ảnh hưởng rõ nét tới mục tiêu nghiên cứu và có thể điều khiển, đo đếm được. Khoảng xác định tổng quát của các yếu tố ảnh hưởng được xác định như sau: Ximin < Xi < Ximax. (2.2) Trong đó: Ximin - mức dưới; Ximax - mức trên. Giữa hai mức trên và dưới, ta lấy mức trung gian (mức cơ sở: X i0). Giá trị mức này được tính như sau: Xi0 = ( Ximin + Ximax )/ 2 . Khoảng biến động của các yếu tố: Li = Ximax - Xio = Xi0 - Ximin. Để thuận tiện, các giá trị của yếu tố tự nhiên (Xi) có thể viết dưới dạng toạ độ (xi). Khả năng này, cho phép viết quy hoạch thực nghiệm dưới dạng tổng quát mà không phụ thuộc vào giá trị vật lý của quá trình nghiên cứu. Để chuyển từ dạng tự nhiên sang dạng toạ độ, ta sử dụng công thức: xi = ( Xi - Xi0 )/ Li (2.3) Khi đó các mức của yếu tố ảnh hưởng dưới dạng toạ độ sẽ là các giá trị: +1 (mức trên); 0 (mức cơ sở); -1 (mức dưới). - Lập ma trận thực nghiệm: Ma trận thực nghiệm bậc nhất là một bảng có số cột bằng số biến và tổ hợp chập đôi của chúng, số hàng bằng số thí nghiệm N. Trong đó, các biến được ghi ở dạng mã hoá (+1; -1). - Xử lý kết quả thí nghiệm: Số liệu thí nghiệm thu được cùng với các hệ số của phương trình hồi quy tìm ra theo các công thức sau đây: N  1 bi  N 1 bo  N y ; j 1 j N j 1 x ji . y j (2.4) i = 0,1,2,....n ( số biến). + Kiểm tra tính đồng nhất của các phương sai: Tính đồng nhất của các phương sai kiếm tra theo tiêu chuẩn Kohren: