Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số thông số tới chi phí năng lượng riêng và năng suất cắt khi xẻ dọc gỗ keo tai tượng bằng cưa đĩa

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:91

Thêm vào BST

Báo xấu

17
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của luận văn nhằm xác định chế độ cắt tối ưu khi xẻ dọc gỗ, nhằm giảm chi phí năng lượng riêng và tăng năng suất khi xẻ dọc gỗ keo tai tương bằng cưa đĩa. 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 sự ảnh hưởng của một số thông số tới chi phí năng lượng riêng và năng suất cắt khi xẻ dọc gỗ keo tai tượng bằng cưa đĩa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ---------------------------------- BÙI VĂN THIỆN NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ TỚI CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG VÀ NĂNG SUẤT CẮT KHI XẺ DỌC GỖ KEO TAI TƯỢNG BẰNG CƯA ĐĨA LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Hà Nội, 2011
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ---------------------------------- BÙI VĂN THIỆN NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ TỚI CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG VÀ NĂNG SUẤT CẮT KHI XẺ DỌC GỖ KEO TAI TƯỢNG BẰNG CƯA ĐĨA CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT MÁY VÀ THIẾT BỊ CƠ GIỚI HÓA NÔNG - LÂM NGHIỆP Mã số: 60.52.14 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. TRỊNH HỮU TRỌNG Hà Nội, 2011
-1- ĐẶT VẤN ĐỀ Trong những năm gần đây, được sự quan tâm của Đảng và Nhà nước ngành công nghiệp chế biến lâm sản không ngừng phát triển, tốc độ tăng trưởng khoảng 30% đã tạo thành một mạng lưới với nhiều ngành, nhiều thành phần kinh tế tham gia gồm trên 1.200 doanh nghiệp, trong đó doanh nghiệp nhà nước chiếm 26,7%, liên doanh và vốn nước ngoài 3,3%, doanh nghiệp ngoài quốc doanh chiếm 70% với tổng công suất chế biến khoảng 9 triệu m3/năm. Giá trị xuất khẩu nhờ vào đó không ngừng tăng nhanh, năm 1996 đạt 60,5 triệu USD, năm 1998 đạt 108,1 triệu USD, năm 2000 đạt 219,3 triệu USD, năm 2002 đạt 435 triệu USD, năm 2004 đạt 1,12 tỷ USD, năm 2005 đạt 1,6 tỷ USD. Ngành lâm nghiệp đóng góp cho nền kinh tế quốc dân khoảng 1,4%. Theo tính toán của "Dự thảo chiến lược phát triển lâm nghiệp quốc gia năm 2006 - 2010 " từ 2010 - 2015 mỗi năm nước ta phải nhập khẩu khoảng 4 triệu m3; từ năm 2015 - 2020 mỗi năm nhập khẩu khoảng 3 triệu m3. Chính vì vậy, để phát triển bền vững ngành chế biến lâm sản, đạt chỉ tiêu xuất khẩu 2,1 tỷ USD vào năm 2020 cần phải tăng năng lực sản xuất lâm nghiệp để duy trì trung bình 70÷80% khả năng tự cung cấp nguyên liệu gỗ từ rừng trồng và rừng tự nhiên được quản lý bề vững. Ở nước ta, máy cưa đĩa là loại thiết bị gia công gỗ rất quen thuộc, chúng được nhập khẩu từ nhiều nước khác nhau trên thế giới cho nên máy cưa đĩa rất đa dạng về chủng loại. Những năm gần đây, một số cơ sở chế tạo máy lâm nghiệp, các xưởng cơ khí chế tạo thành công một số loại cưa đĩa nhưng những thương hiệu cưa đĩa Việt Nam chưa chính thức vì hầu hết những máy có trên thị trường đều dựa trên thiết kế mẫu của máy nhập nội. Cùng với sự phát triển nhanh của ngành chế biến, đời sống kinh tế của nhân dân tăng nhanh làm cho nhu cầu về gỗ ngày càng cao. Mặc dù, diện tích rừng trồng đang phát triển mạnh nhưng chỉ đáp ứng một phần nhu cầu về gỗ nguyên liệu giấy và ván nhân tạo.
-2- Cưa đĩa là thiết bị chủ yếu trong dây chuyền sơ chế và chế biến gỗ. Kể từ khi máy cưa đĩa đầu tiên trên thế giới được chế tạo vào cuối thế kỷ XV. Cho đến nay đã có hàng triệu máy cưa đĩa ra đời với các cải tiến khác nhau và đang được sử dụng rộng rãi trong các xưởng sơ chế gỗ cũng như các xưởng chế biến gỗ với các quy mô khác nhau. Để có thể thiết kế mới, cải tiến và sử dụng hợp lý máy cưa đĩa cần phải nghiên cứu một cách nghiêm túc, khoa học. Nhưng do chưa đươc quan tâm đúng mức nên cho đến nay chúng ta chưa có nhiều nghiên cứu cơ bản về cắt gọt gỗ Việt Nam. Với những ý tưởng trên, được sự đồng ý của Ban giám hiệu trường 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 hưởng của một số thông số tới chi phí năng lượng riêng và năng suất cắt khi xẻ dọc gỗ keo tai tượng bằng cưa đĩa” Mục đích của đề tài là xác định mức độ và quy luật ảnh hưởng của các tham số về cấu tạo và công nghệ của máy cưa đĩa đến các chỉ tiêu về chi phí năng lượng riêng và năng suất cắt trên gỗ keo tai tượng. Kết quả của đề tài là tài liệu cần thiết cho quá trình sử dụng hiệu quả thiết bị, xây dựng một chế độ sử dụng hợp lý nhất cho máy cưa đĩa.
-3- Chương 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ MÁY CƯA ĐĨA VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI 1.1. Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước Quá trin ̀ h cưa xẻ gỗ là quá triǹ h gia công gỗ bằ ng cơ ho ̣c. Cùng với sự phát triể n trong gia công gỗ bằ ng cơ ho ̣c, lý thuyế t cắ t go ̣t gỗ đã ra đời và phát triể n không ngừng. Những người có công trong viê ̣c xây dựng và phát triể n lý thuyế t cắ t go ̣t gỗ phải kể đế n các nhà bác ho ̣c Xô Viế t như: Giáo sư I.A. Time, giáo sư P.A. Aphanaxiev, kỹ sư Denpher, giáo sư M.A. Đêsevôi, giáo sư C.A. Voskrexenski, giáo sư A.L. Bersatski, …. Lý thuyế t cắ t go ̣t gỗ đi sâu nghiên cứu về lực phát sinh trong quá trình gia công gỗ bằ ng cơ ho ̣c, công suấ t của thiế t bi,̣ chi phí cho viê ̣c cắ t gỗ, …. đây là những đa ̣i lươ ̣ng quan tro ̣ng, làm cơ sở cầ n thiế t cho viêc̣ tính toán thiế t kế và sử du ̣ng hơ ̣p lý các thiế t bi gia ̣ công gỗ. Năm 1933, giáo sư tiế n si ̃ M.A. Đêsevôi đã tổ ng hơ ̣p và xây dựng hoàn chin̉ h lý thuyế t cắ t go ̣t gỗ, năm 1939, ông cho ra đời cuố n sách “Kỹ thuật gia công gỗ”. Đây là mô ̣t công triǹ h lớn bao gồ m các vấ n đề về lý thuyế t và kinh nghiê ̣m thực tế trong gia công gỗ mà trên thế giới lúc đó chưa có công trình nghiên cứu tương tự nào ra đời. Vào thâ ̣p niên 70 của thế kỷ XX, lý thuyế t cắ t go ̣t gỗ ngày càng được hoàn chỉnh, những công trình nghiên cứu mới về cắ t go ̣t của các giáo sư: A.L. Berơsatski, C.A. Vơtcrexenski, E.G. Ivanopski đã ra đời. Lực phát sinh trong quá trình gia công gỗ bằ ng cơ ho ̣c được nghiên cứu đầ y đủ hơn và chính xác hơn. Nguyên lý cấu tạo, tính năng công nghệ của các máy chế biến gỗ nói chung, các máy cưa đĩa nói riêng đã được các nhà khoa học nổi tiếng như: F.M. Manros, A.E. Grube, H.B. Makovski,… nghiên cứu sâu, rộng [33], [24], [27], [28]. Nhằm không ngừng nâng cao khả năng làm việc của các lưỡi cưa đĩa, nhiều công trình đã đi sâu nghiên cứu động học, động lực học quá trình gia công. Điển hình là các công trình của U.M. Stakhiev, A.A. Sanhikov [28], [31].
-4- Nghiên cứu về máy và thiết bị chế biến gỗ các nhà khoa học Mkovski N.V, Aliabiev V.I, … [32], [33], [27] đã chỉ rõ chi phí năng lương riêng là chỉ tiêu quan trong đánh giá chất lượng máy và thiết bị. Chi phí năng lượng riêng biểu thị sự hoàn thiện kỹ thuật hay mức độ năng lương yêu cầu trong việc sử dụng khai thác sản phẩm. Vấn đề mô hình hóa và tối ưu hóa 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, giáo sư A.A. Piziurin, M.S.Rozenblit tập chung nghiên cứu với nhiều công trình nổi tiếng về tối ưu hóa các quá trình sản xuất [30] Ở mô ̣t số nước công nghiê ̣p phát triể n, gia công gỗ bằ ng cơ ho ̣c cũng đã được nghiên cứu, tiêu biể u như các công trình nghiên cứu của các tác giả sau: - HJORTH.H, Máy gia công gỗ. Bruxen, 1937. - Kiviaa. E, Lực cắ t go ̣t trong gia công gỗ. Hesinki, 1950. - Barkas. WV, Nguyên lý gia công gỗ. London, 1932. - Patronsky. LA, Những vấ n đề về dao cắ t. My,̃ 1953. - Norman.C.Franz, Phân tích quá triǹ h cắ t gỗ. My,̃ 1957. Norman.C.Franz sau khi nghiên cứu cắ t thẳ ng do ̣c thớ ba loa ̣i gỗ Sugar pine (Pinus Lamberticana. Dougl), Yelow birch (Betula alleghaniensis. Britt), White as (Fraximus Americana. L) đă ̣c trưng cho ba loa ̣i gỗ (Gỗ lá kim vùng ôn đới, gỗ lá rô ̣ng ma ̣ch phân tán và gỗ lá rô ̣ng ma ̣ch phân bố theo vòng năm). Tác giả đã nghiên cứu chúng với tổ ng cô ̣ng 378 điề u kiêṇ khác nhau, với ba cấ p đô ̣ ẩ m (1,5%, 3,5%, và đô ̣ ẩ m baõ hòa), 7 cấ p chiề u dày phoi (0,002; 0,005; 0,010; 0,015; 0,020; 0,025; và 0,030 inch), 6 góc cắ t trước (50, 100, 150, 200, 250, 300). Ông đã đưa ra mô ̣t số kế t luâ ̣n quan tro ̣ng sau đây: - Quá trình cắ t go ̣t đươ ̣c đă ̣c trưng bởi ba da ̣ng cắ t go ̣t cơ bản. - Các công cu ̣ hin ̀ h thành tương ứng với da ̣ng phoi. Do vâ ̣y công suấ t cầ n thiế t cho viêc̣ tách bỏ vâ ̣t liê ̣u phu ̣ thuô ̣c vào hình da ̣ng phoi.
-5- - Qúa trin ̀ h hiǹ h thành phoi phu ̣ thuô ̣c vào đă ̣c tính của gỗ và thông số hình ho ̣c cắ t. - Viê ̣c hình thành phoi đô ̣c lâ ̣p với vâ ̣n tố c cắ t. - Góc trước và chiề u dày vế t cắ t ảnh hưởng đế n viê ̣c hình thành phoi. - Các lực ma sát phu ̣ thuô ̣c vào loa ̣i gỗ và đô ̣ ẩ m của gỗ nhưng ít quan hê ̣ đế n đô ̣ nhám bề mă ̣t của dao vì các vế t mài song song với chiề u chuyển đô ̣ng của phoi. ̣ ̉ a hê ̣ số ma sát tương đố i đô ̣c lâ ̣p với góc trước và chiề u dày phoi. Giá tri cu Mă ̣c dù đã có nhiề u tài liêụ nghiên cứu về gia công gỗ băng cơ học, nhưng chúng ta chưa có nhiề u những nghiên cứu chuyên sâu, những thông tin mô ̣t cách có hê ̣ thố ng về cắ t go ̣t gỗ ở những nước tư bản có nề n công nghiêp̣ phát triể n. Mục đích của nghiên cứu cắt gọt gỗ là xác định các lực phát sinh trong quá trình cắt gỗ, chi phì công suất của máy móc sử dụng vào trong việc cắt gỗ đồng thời tìm ra các thông số tối ưu của công cụ cắt để thiết kế, chế tạo và sử dụng một cách tốt nhất: năng suất cao, chi phí năng lượng thấp nhất. Quá trình cắt gọt gỗ xẩy ra rất phức tạp, đòi hỏi phải mô hình hóa trong nghiên cứu lý thuyết. Nhiều mô hình đã được đưa ra nhưng trong số đó đáng được lưu ý hơn cả là mô hình do giáo sư A.L.Berosatxki đề xướng [19]. Ông cho rằng cạnh cắt không phải là đường thẳng mà là một đuờng cong có bán kính ρ. Trong khi cắt sự phân chia giữa phoi và phôi gỗ xẩy ra ở điểm xa nhất của bán kính ρ theo phương và chiều của vận tốc cắt, quỹ đạo của đường này là mặt phân cách X – X nào đó. Phía trên mặt phân cách là khu vực I, phía dưới mặt phân cách là khu vực II gọi là mặt trước. Tại đây lực tương hỗ được xem là đồng nhất và tập chung theo một phương nhất định, lực tác dụng lên mặt trước gồm lực pháp tuyến và lực ma sát. Tại vùng II mặt sau của dao cắt chịu tác dụng của lớp gỗ đàn hồi, dưới tác dụng của áp lực này sẽ gây ra lực
-6- ma sát. Bằng lý thuyết giáo sư A.L.Berosatxki đã xác định được lực cắt, công suất cắt, tỷ suất lực cắt, tỷ suất công cắt,… 1.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nước Do nhiề u nguyên nhân khác nhau, nên những nghiên cứu cơ bản về gia công gỗ bằ ng cơ ho ̣c ở trong nước còn ha ̣n chế , tiêu biể u là mô ̣t số công triǹ h nghiên cứu của các tác giả đã xác định tỷ suất lực cắt của một số loại gỗ Việt Nam như: Đinh, Lim, Sáu sau khi cắt ngang và gỗ Sến sau khi xẻ dọc. - Hoàng Nguyên (1968), “Nghiên cứu ảnh hưởng của mô ̣t số yế u tố đế n lực và đô ̣ tù của răng khi xẻ gỗ Viêṭ Nam bằ ng cưa so ̣c”. - Nguyên Văn Minh (1956), “Gia công gỗ Viê ̣t Nam”. Công nghệ, kỹ thuât xẻ gỗ phục vụ sản xuất đồ gỗ đã đươc các tác giả Trần Ngọc Thiệp, Nguyễn Phan Thiết đề cập nhiều trong giáo trình “Công nghệ xẻ”. Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến chi phí năng lương riêng và tỷ suất dăm khi băm gỗ keo tai tuợng bằng máy BX – 444”, năm 2001 của thạc sĩ Phạm Văn Lý [8] đã chỉ ra rằng góc mài β, 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 [6] đã kết luận sự ảnh hương của góc mài dao tới chi phí công suất tuân theo quy luật hàm bậc 2. Đề tài “Nghiên cứu sử dụng cưa xăng để chặt hạ một số loại tre thuộc chi Dendrocalamus ở miền bắc việt”, năm 2005 của tiến sĩ Dương Văn Tài [10] đã kết luận sự ảnh hưởng của góc mài cạnh cắt 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 tương (Acaciamangium) trên
-7- máy cưa đĩa Џ – 6”, của thạc sĩ Phạm Văn Quảng [13] kết luận tốc độ cắt v có ảnh hưởng lớn nhất đến 2 chỉ tiêu tỷ suất lực và chất lượng sản phẩm. Liên quan đến tính chất và đối tượng gia công – gỗ keo rừng trồng ở Việt 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). 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 Viê ̣t đề cập trong các chuyên đề nghiên cứu khoa học [17, 18]. Các thiết bị gia công gỗ nói chung đã được TS. Hoàng Viê ̣t giới thiệu trong cuốn “Máy và thiế t bi ̣chế biế n gỗ” NXB Nông nghiệp (2003), Hà Nội. Vấn đề miêu tả toán học các quá trình gia công gỗ bằng cơ giới cũng đã được TS. Hoàng Viêṭ đề cập trong các chuyên đề nghiên cứu, các bài giảng dành cho học viên cao học [16]. Tóm lại: Trên thế giới có nhiề u nghiên cứu về gia công gỗ bằ ng cơ ho ̣c, các nghiên cứu này tương đố i hê ̣ thố ng và ngày càng đươ ̣c hoàn chỉnh. Ở nước ta, việc nghiên cứu về gia công gỗ bằ ng cơ ho ̣c chưa được quan tâm nhiều. Ngoài ra, ở nước ta vâ ̣t liêụ gỗ có tính chấ t khác so với ở nước ngoài và từng loa ̣i gỗ khác nhau thì tính chấ t cũng khác nhau, do đó các yế u tố ảnh hưởng đế n quá trin ̀ h gia công gỗ bằ ng cơ ho ̣c cũng khác nhau. Vì vâ ̣y, cầ n thiế t có những nghiên cứu mô ̣t cách cu ̣ thể và có hê ̣ thố ng về gia công gỗ bằ ng cơ ho ̣c ở các loa ̣i vâ ̣t liêụ gỗ khác nhau, nhấ t là các loa ̣i gỗ thông du ̣ng. Từ đó đi thiế t kế hoă ̣c cải ta ̣o du ̣ng cu ̣ gia công, kỹ thuâ ̣t gia công, … nhằm tăng năng suất lao động, cải ta ̣o điều kiện làm việc của công nhân. 1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của vấn đề nghiên cứu - Ý nghĩa lý luận: + Xác định được tính năng và công nghệ của máy trong quá trình xẻ gia công gỗ. + Xác định được định lượng ảnh hưởng của một số yếu tố đến chi phí năng lượng riêng và năng suất cắt khi xẻ dọc gỗ trên máy cưa đĩa làm cơ sở cho tính toán, thiết kế, cải tiến và sử dụng máy hợp lý.
-8- - Ý nghĩa về thực tế: + Định hướng cho các cơ sở sản xuất khi sử dụng máy cưa đĩa để xẻ gỗ keo tai tượng nói riêng và các loại gỗ có cấu tạo và tính chất cơ, lý giống như gỗ keo tai tương nói chung trên máy cưa đĩa đảm bảo nâng cao hiệu quả kinh tế trên cơ sở giảm chi phí năng lượng và đáp ứng yêu cầu chất lương của sản phẩm. + Xác định được các thông số tối ưu về chế độ cắt trên máy cưa đĩa khi xẻ dọc gỗ keo tai tượng trên máy cưa đĩa từ đó sẽ giảm được chi phí điện năng, tăng năng suất cắt trên máy cưa đĩa.
-9- Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Mục tiêu nghiên cứu * Nội dung nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu thực nghiệm 2 chỉ tiêu là: chi phí năng lượng riêng (Nr) và năng suất (Ntt) khi xẻ dọc gỗ keo tai tượng bằng cưa đĩa. * Nhiệm vụ cụ thể: - Xây dựng được mối quan hệ giữa các thông số gia công (Vận tốc cắt, vận tốc đẩy, góc mài) đến chi phí năng lượng riêng Nr khi xẻ dọc gỗ keo tai tượng bằng cưa đĩa. - Xây dựng được mối quan hệ giữa các thông số gia công (Vận tốc cắt, vận tốc đẩy, góc mài) đến năng suất thuần túy Ntt khi xẻ dọc gỗ bằng cưa đĩa. * Mục tiêu của đề tài xác định chế độ cắt tối ưu khi xẻ dọc gỗ, nhằm giảm chi phí năng lượng riêng và tăng năng suất khi xẻ dọc gỗ keo tai tương bằng cưa đĩa. 2.2. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 2.2.1. Đối tượng nghiên cứu Gỗ keo tai tượng – Đối tượng gia công Với vai trò là đối tượng gia công mà luận văn nghiên cứu, các tính chất cơ, lý chủ yếu của gỗ keo tai tương 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. Keo tai tượng là loại cây phát triển rất nhanh trong khoảng 7 đến tám năm tuổi sau đó tốc độ tăng trưởng (về thể tích) giảm dần. Tốc độ tăng trưởng mạnh nhất cả về chiều cao và đường kính là ở 2 đến 4 năm đầu, với mật độ
- 10 - 2x2m; 2,5x2,5m. theo kết quả nghiên cứu của Nguyễn Văn Phi, Phạm Văn Chương khi sử dụng gỗ keo tai tượng làm nguyên liệu cho công nghiệp giấy, sản xuất ván dăm, sản xuất ván sợi thì tuổi khai thác tốt nhất là 6 đến 8 năm; khi sử dụng keo tai tượnglàm nguyên liệu cho cho công nghiệp xẻ thì nhất thiết phải thực hiện các quá trình tỉa thưa 2-3 lần để đưa mật độ từ 900 cây /ha xuống còn 100 – 200 cây/ ha. Như vậy Keo tai tượng là một trong số ít loài gỗ có trữ lương lớn hiện nay, mặt khác gỗ Keo tai tượng có nhiều công dụng, 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 điều kiện nghiên cứu là hoàn toàn phù hợp. 2.2.2. Phạm vi nghiên cứu Do thời gian và điều kiện thực hiện có hạn cho nên đề tài chỉ tập trung vào nghiên cứu sự ảnh hưởng của 3 yếu tố quan trọng nhất đến chi phí năng lượng riêng và năng suất cắt đó là: Tốc độ cắt, tốc độ đẩy và góc mài Chúng tôi thực hiện khảo nghiệm tại trung tân nghiên cứu thực nghiệm & chuyển giao công nghệ CNR trường ĐH Lâm Nghiệp – Xuân Mai – Chương Mỹ - Hà Nội 2.3. Phương pháp nghiên cứu 2.3.1. Lựa chọn phương pháp nghiên cứu Sau khi xác định được mục tiêu nghiên cứu, điều quan trọng sau đó là chọn được phương pháp nghiên cứu phù hợp để giảm bớt được chi phí khi nghiên cứu mà vẫn đảm bảo được độ tin cậy của kết quả. Theo [4] nghiên cứu khoa học được chia ra: Nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng; nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm. Theo đó, nghiên cứu cơ bản có mục đích phát hiện ra tính qui luật mà đến trước khi nghiên cứu chưa biết trong thiên nhiên. Nghiên cứu ứng dụng là
- 11 - pha tiếp theo của nghiên cứu cơ bản. Thông qua chúng để thu nhận các hiểu biết mới hoặc vận dụng kiến thức đã có vào thực tế sản xuất. Trong thời đại ngày nay, nghiên cứu ứng dụng là phần đáng kể hơn trong quá trình chung của việc sáng tạo ra kỹ thuật mới. Nó là cơ sở để tiếp nhận số liệu, tư tưởng, mẫu và những cái khác được đưa ra. Thông qua chúng, các đối tượng, máy móc, qui trình công nghệ mới được thiết kế và đề xuất. Bởi thế phần lớn các nghiên cứu kỹ thuật theo bản chất của chúng là nghiên cứu ứng dụng. Nghiên cứu lý thuyết có mục đích thiết lập một hệ thống quan điểm nào đó thông qua việc đưa ra những qui luật mới, nghiên cứu lý thuyết thích hợp nhất khi nghiên cứu các đối tượng và hệ thống mà trong đó có thể phân chia rõ các hiện tượng và các quá trình có cùng bản chất vật lý. Mục đích của nghiên cứu thực nghiệm là tiếp nhận những sự kiện mới, kiến thức khoa học và số liệu khoa học thông qua tổ chức thực nghiệm bằng cách quan sát đối tượng của nhà nghiên cứu. Khi nghiên cứu các hệ thống phức tạp mà ở trong đó diễn ra các hiện tượng và quá trình với bản chất khác nhau thì thích hợp hơn là dùng phương pháp thực nghiệm với lý thuyết tương ứng. Từ những phân tích ở trên cho thấy rằng nếu sử dụng phương pháp lý thuyết để xác định sự ảnh hưởng của tất cả các yếu tố đến 2 chỉ tiêu quan tâm là chi phí năng lượng riêng và năng suất thì phải nghiên cứu toàn diện mức độ ảnh hưởng và cơ chế tác động của từng yếu tố đến các chỉ tiêu quan tâm, khối lượng nghiên cứu sẽ rất lớn. Chính vì vậy để giảm bớt khối lượng công việc luận văn lựa chọn phương pháp nghiên cứu thực nghiệm là phù hợp hơn cả. Tuy nhiên, phương pháp nghiên cứu thực nghiệm mà chúng tôi sử dụng không phải là thực nghiệm thuần tuý mà là sự kết hợp hài hoà giữa lý thuyết và thực nghiệm; lấy lý thuyết làm cơ sở, làm định hướng ban đầu hỗ trợ giảm bớt khối lượng công việc, rút ngắn thời gian nghiên cứu thực nghiệm.
- 12 - Trong nghiên cứu thực nghiệm, có thể tiến hành thí nghiệm bằng phương pháp cổ điển. Nhà thực nghiệm chỉ dựa vào kinh nghiệm và trực giác để chọn hướng nghiên cứu, các thí nghiệm được tiến hành lần lượt với sự thay đổi từng thông số trong khi giữ nguyên các yếu tố còn lại. Phương pháp cổ điển chỉ cho phép tìm kiếm cái mới phụ thuộc giữa các chỉ tiêu đánh giá và các yếu tố ảnh hưởng một cách riêng biệt trong khi làm thực nghiệm một cách riêng rẽ sẽ theo từng yếu tố. Mặc dù có trong tay một tập hợp các phương trình thực nghiệm đơn yếu tố nhưng vì chúng chỉ là những trường hợp riêng nên không cho kết quả chặt chẽ về mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố trong mối tác động qua lại giữa chúng cũng không thể tìm kiếm phương án phối hợp tối ưu các yếu tố ảnh hưởng. Nhược điểm của phương pháp nghiên cứu cổ điển là khi nghiên cứu không thấy được hướng chuyển dịch của quá trình, mà khi tìm các điều kiện tối ưu theo quan điểm này các thực nghiệm đó thuộc loại “thụ động”. Vì thấy rõ những nhược điểm của phương pháp nghiên cứu thực nghiệm cổ điển chúng tôi chọn phương pháp nghiên cứu thực nghiệm mà trong đó tiến hành khảo nghiệm máy, thu thập số liệu một cách chủ động theo một kế hoạch và chiến lược xác định trước, đó là phương pháp qui hoạch thực nghiệm. Theo [5] quy hoạch thực nghiệm là cơ sở phương pháp luận của nghiên cứu thực nghiệm hiện đại. Đó là phương pháp nghiên cứu mới trong đó công cụ toán học giữ vai trò tích cực, cơ sở toán học, nền tảng lý thuyết của qui hoạch thực nghiệm là toán thống kế với hai lĩnh vực quan trọng là phân tích phương sai và phân tích hồi qui. 2.3.2. Xác định thông số cần đo Từ những cơ sơ phân tích ở chương 3 cho thấy rằng có rất nhiều thông số ảnh hương tới chi phí năng lượng riêng và năng suất thuần túy. Tuy nhiên do giới hạn của đề tài nên đề tài này chỉ nghiên cứu múc độ ảnh hương của 3 thông số tới chi phí năng lượng riêng và năng suất.
- 13 - - Ảnh hưởng của góc mài đến chi phí năng lượng riêng và năng suất thuần túy β =30 ÷ 500 Khi xác định được mức độ biến thiên của góc mài, xác định được góc mài cần mài, vẽ và xác định đúng góc mài trên lưỡi cưa sau đó mài lưỡi trên máy mài hai đá (Hình 2.1) Hình 2.1 Mài góc mài trên máy mài 2 đá - Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến chi phí năng lượng riêng v = 40 – 60 m/s Trong quá trình khảo nghiệm khi xác định đúng vận tốc cắt cần có chúng tôi điều chỉnh vận tốc cắt bằng cách: * Thay hệ thống puly dây đai để có được vận tốc cắt (Số vòng quay của động cơ chính cố định trong suốt quá trình khảo nghiệm) khi n (số vòng quay thay đổi) thì v thay đổi.  .D.n v (2.1) 1000 * Thay đổi đường kính của lưỡi cưa đĩa
- 14 - - Ảnh hưởng của vận tốc đẩy đến chi phí năng lượng riêng và năng suất thuần túy u = 4 - 8 m/s Thay đổi tốc độ đẩy trong quá trình khảo nghiệm chúng tôi thực hiện như sau: Động cơ điện được gắn với bộ biến tần (Hình 2.2) như vậy khi tần số thay đổi thì số vòng quay của động cơ sẽ thay đổi theo công thức 2.2. 60. f n (2.2) p Động cơ gắn với trục vít me, trục vít me có ren thang với bước ren thang là 6 mm như vậy cứ một vòng quay của trục vít me thì đai ốc trên truc vít me dịch chuyển được một khoảng là 6 mm. Khi tính được tốc độ đẩy là bao nhiêu trong quá trình khảo nghiệm thì chỉ cần thay đổi tần số. Hình 2.2 Bộ biến tần 2.4. Tiến hành công tác chuẩn bị 2.4.1. Chế tạo khung khảo nghiêm Để thuận lợi cho quá trình khảo nghiệm, chúng tôi đã chế tạo khung máy cưa đĩa để khảo nghiệm (Hình 2.3)
- 15 - - Cấu tạo gồm có một khung máy cưa đĩa xẻ dọc (1) trên khung có 2 đường ray (2) để hệ thống di chuyển có thể dịch chuyển trên đó. Trên hệ thống dịch chuyển có gắn 1 động cơ điện (3), trục để lắp lưỡi cưa, động cơ (4) được nối dẫn động với trục vít me (5), trục vít me được gá trên khung được gá bằng hai ổ bị tự lựa. Trên (5) có 1 đai ốc có thể dịch chuyển được trên đó, và đai ốc được nối cứng trên hệ thống dịch chuyển. Ngoài ra còn có 1 cơ cấu (6) để kẹp cứng gỗ, và hai công tắc hành trình gắn trên khung máy . 1 5 2 3 6 4 Hình 2.3 Khung máy cưa đĩa xẻ dọc để khảo nghiệm - Nguyên lý hoạt động, gỗ được kẹp chặt trên cơ cấu kẹp gỗ (Gỗ có thể tháo lắp rễ ràng) khi động cơ chính quay qua hệ thống puly dây đai làm cho lưỡi cưa đĩa quay. Để quá trình cắt xẩy ra thì động cơ phụ (động cơ dẫn động cho hệ thống đẩy) quay qua hệ thống puly dây đai làm cho trục vít me quay, trục vít quay làm cho đai ốc gắn trên trục vít me chuyển động tịnh tiến, dẫn
- 16 - đến hệ thống di chuyển cũng chuyển động tịnh tiến cùng với vận tốc của đai ốc gắn trên trục vít kết quả là lưỡi cưa vừa chuyển động quay vừa chuyển động tịnh tiến và quá trình cắt xẩy ra. Trên máy có lắp 2 công tắc hành trình, khi máy chuyển động chạm đến công tắc hành trình tốc độ đẩy sẽ dừng lại. 2.4.2 Thiết bị đo Đề tài nghiên cứu chi phí năng lượng riêng và năng suất cắt trong quá trình xẻ dọc gỗ keo tai tượng bằng cưa đĩa và theo công thức 2.1 N  3.U.I .Cos.t (Kw.h) (2.3) F Ntt  (2.4) t Do vậy để tài chỉ đo những thông số như: Cường độ dòng điện, hiệu điện thế, cosφ, thời gian, diện tích mạch cắt Hình 2.4 Các thiết bị đo
- 17 - Để đo công suất của động cơ chúng tôi dùng thiết bị đo là PLUKE như hình 2.3 Để đo năng suất cắt chúng tôi dùng đồng hồ bấm dây (độ chính xác là 0,2s) và thước cặp 1/20 để đo diện tích. 2.5. Tiến hành thực nghiệm đơn yếu tố Nhiệm vụ cơ bản của thực nghiệm đơn yếu tố là xác định các thông số ảnh hưởng đã phân tích ở trên để xem thông số nào thực sự ảnh hưởng đến các chỉ tiêu đánh giá, xác định mức độ và quy luật ảnh hưởng của chúng đến chỉ tiêu quan tâm. Thực nghiệm đơn yếu tố được tiến hành theo các bước sau: 1.Thực hiện thí nghiệm với từng thông số thay đổi với số mức không nhỏ hơn 4, khoảng thay đổi lớn hơn 2 lần sai số bình phương trung bình của phép đo giá trị thông số đó. Số thí nghiệm lập lại n = 3 [5]. 2. Sau khi thí nghiệm xong, tiến hành xác định độ tin cậy về ảnh hưởng của mỗi yếu tố tới năng suất và chi phí năng lượng riêng. Đánh giá tính thuần nhất của phương sai trong quá trình thí nghiệm, để chứng tỏ ảnh hưởng khác đối với thông số cần xét là không có hoặc không đáng kể. Thuật toán phân tích phương sai để xác định độ tin cậy và tính thuần nhất [5] như sau: 2.5.1. Đánh giá tính đồng nhất của phương sai Kiểm tra tính đồng nhất của phương sai theo tiêu chuẩn Kohren. 2 smax Gtt  N (2.5) S u 1 2 u 2 smax - Phương sai lớn nhất trong N thí nghiệm 1 mu S u2 =  mu  1 i 1 (Yui  Yu ) 2 (2.6) mu - Số lần lặp lại ở mỗi điểm thí nghiệm
- 18 - yui - Giá trị của thông số tại điểm u. yui - Giá trị trung bình của thông số ra tại điểm u. mu 1 y mu y i 1 ui u=1, 2, 3,…N (2.7) Ứng với N điểm thí nghiệm trong kế hoạch thực nghiệm ta có N phương sai S u2 . Trong đó luôn có giá trị S max 2 Gtt  Chuẩn Kohren tính toán theo thực nghiệm. Trong đó bậc tự do ở tử số   m  1 và ở mẫu số K=N (m-1). m - Số lần lặp lại ở thí nghiệm mà ở đó có phương sai cực đại, m = m u Giá trị thống kê chuẩn Kohren được tính sẵn theo mức ý nghĩa  , hoặc tự do  và ký hiệu Gb tra bảng [4]. Nếu Gtt < Gb thì giả thiết không mâu thuẫn với số liệu thí nghiệm. 2.5.2. Kiểm tra mức độ ảnh hưởng của các yếu tố Phương pháp đánh giá này dùng chuẩn Fisher (F). Thực chất là so sánh phương sai thành phần do thay đổi thông số nào gây nên và phương sai do nhiễu gây ra. Nếu tỷ số giữa hai phương sai này lớn hơn giá trị lý thuyết tra bảng của tiêu chuẩn F thì sự khác biệt giữa các giá trị trung bình là đáng kể và các thông số vào có ảnh hưởng thực sự đến thông số ra, trội hẳn so với ảnh hưởng ngẫu nhiên. Giá trị tính toán của tiêu chuẩn F là tỷ số: S y2 F= (2.8) S e2 Trong đó: S y2 - Phương sai do sự thay đổi thông số vào X gây nên.