Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Xác định một số thông số hợp lý của xích cưa khi cưa gỗ Bạch Đàn (Eucalyptus camaldulensis)

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:85

Thêm vào BST

Báo xấu

31
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm xác định giá trị một số thông số cơ bản của xích cưa để sử dụng hiệu quả khi cưa gỗ Bạch Đàn. Để hiểu rõ hơn mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết của luận văn này!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Xác định một số thông số hợp lý của xích cưa khi cưa gỗ Bạch Đàn (Eucalyptus camaldulensis)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ---------------------- ĐỖ TUẤN ANH XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ HỢP LÝ CỦA XÍCH CƢA KHI CƢA GỖ BẠCH ĐÀN (Eucalyptus camaldulensis) LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Hà Nội, 2011
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ---------------------- ĐỖ TUẤN ANH XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ HỢP LÝ CỦA XÍCH CƢA KHI CƢA GỖ BẠCH ĐÀN (Eucalyptus camaldulensis) Chuyên ngành : Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá NLN Mã số : 60.52.14 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TRỊNH HỮU TRỌNG Hà Nội, 2011
i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành được bản luận án này, trong suốt thời gian vừa qua tôi đã nhận được nhiều sự quan tâm giúp đỡ, chỉ dẫn của nhiều tập thể, cá nhân. Nhân dịp này cho phép tôi được bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới: Thầy giáo hướng dẫn khoa học TS Trịnh Hữu Trọng, ThS Phạm Văn Lý đã dành nhiều thời gian chỉ bảo tận tình và cung cấp nhiều tài liệu có giá trị. Tập thể cán bộ, giáo viên Khoa Sau đại học, Trung tâm thí nghiệm thực hành Khoa Cơ điện và Công trình trường 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 được tính toán chính xác, trung thực và chưa có tác giả nào công bố. Những nội dung tham khảo, trích dẫn trong luận văn đều được chỉ dẫn nguồn gốc. Hà Nội, tháng 10 năm 2011 Tác giả Đỗ Tuấn Anh
ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... i MỤC LỤC ......................................................................................................... ii DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................ iv DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................ v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ............................................ vi ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................... 1 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ......................................................... 3 1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ......................................................... 3 1.1.1. Tình hình nghiên cứu áp dụng cƣa xích.......................................... 3 1.1.2. Tình hình nghiên cứu quá trình cắt gọt gỗ bằng cƣa xích .............. 6 1.2. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc........................................................... 9 1.2.1. Tình hình nghiên cứu áp dụng cƣa xích.......................................... 9 1.2.2. Tình hình nghiên cứu quá trình cắt gọt gỗ bằng cƣa xích ............ 11 Chƣơng 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................................................ 12 2.1. Mục tiêu nghiên cứu............................................................................. 12 2.2. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu ........................................................... 12 2.3. Nội dung nghiên cứu ............................................................................ 15 2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu...................................................................... 15 Chƣơng 3 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI ................................................................... 17 3.1. Phân loại, cấu tạo và một số thông số kỹ thuật của cƣa xích............... 17 3.1.1. Cấu tạo .......................................................................................... 18 3.1.2. Bộ phận công tác ........................................................................... 19 3.2. Động học quá trình cắt gỗ của xích cƣa ............................................... 23 3.3. Lực cắt và công suất cắt của xích cƣa .................................................. 24 3.4. Chi phí năng lƣợng riêng và năng suất cắt khi cƣa gỗ bằng cƣa xích . 37 3.4.1. Chi phí năng lƣợng riêng khi cƣa gỗ bằng cƣa xích ..................... 37 3.4.2. Năng suất cắt khi cƣa gỗ bằng cƣa xích........................................ 38 Chƣơng 4
iii KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ............................................................................. 40 4.1. Xây dựng mô hình thí nghiệm ............................................................. 40 4.2. Chuẩn bị mẫu thí nghiệm ..................................................................... 42 4.2.1. Chuẩn bị gỗ ................................................................................... 42 4.2.2. Xác định độ ẩm của gỗ.................................................................. 42 4.2.3. Kết quả tính toán độ ẩm của gỗ làm thí nghiệm ........................... 43 4.3. Đo và thu thập số liệu........................................................................... 44 4.3.1. Xác định công suất cắt .................................................................. 44 4.3.2. Xác định chi phí năng lƣợng riêng................................................ 44 4.3.3. Xác định năng suất thuần tuý ........................................................ 44 4.4. Kết quả thí nghiệm thăm dò ................................................................. 45 4.5. Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố .......................................................... 49 4.5.1. Tiến hành thực nghiệm đơn yếu tố ............................................... 49 4.5.2. Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố ................................................... 53 4.6. Kết quả thực nghiệm đa yếu tố ............................................................ 60 4.6.1. Tiến hành thí nghiệm đa yếu tố..................................................... 60 4.6.2. Kết quả thực nghiệm đa yếu tố ..................................................... 66 4.6.3. Xác định phƣơng trình hồi qui hàm chi phí năng lƣợng riêng ..... 68 4.6.4. Xác định các thông số hợp lý ........................................................ 69 4.6.5. Vận hành máy với các thông số hợp lý ......................................... 69 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ................................................................. 70 KẾT LUẬN ................................................................................................. 70 KHUYẾN NGHỊ ......................................................................................... 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 72 PHỤ LỤC
iv DANH MỤC CÁC HÌNH TT Tên hình Trang 3.1 Cƣa xăng Husqvarna 365 17 3.2 Sơ đồ cấu tạo của cƣa xăng 19 3.3 Bản cƣa 20 3.4 Cấu tạo xích cƣa 21 3.5 Cấu tạo của mắt xích cắt 21 3.6 Sơ đồ nguyên lý làm việc của các loại răng cắt 23 3.7 Sơ đồ động học của quá trình cƣa gỗ bằng cƣa xích 24 3.8 Quá trình tạo phoi khi cƣa gỗ 24 3.9 Lực tác dụng lên mũi cắt AB 28 3.10 Lực tác dụng lên mặt trƣớc của cạnh cắt AB 30 3.11 Lực tác dụng lên mặt sau cạnh cắt AB 31 3.12 Lực tác dụng lên mặt sau dao cắt 32 4.1 Bộ thí nghiệm xác định tỷ suất lực cắt 40 4.2 Ảnh hƣởng của góc mài cạnh bên đến chi phí năng 55 lƣợng riêng 4.3 Ảnh hƣởng của góc mài cạnh đáy đến chi phí năng 57 lƣợng riêng 4.4 Ảnh hƣởng của gờ giới hạn đến chi phí năng lƣợng riêng 59
v DANH MỤC CÁC BẢNG TT Tên hình Trang 2.1 Đặc tính cơ lý của Bạch Đàn 14 3.1 Thông số kỹ thuật của cƣa xăng Husqvarna 365 17 3.2 Lựa chọn bƣớc xích cƣa 22 4.1 Tổng hợp kết quả phân bố thực nghiệm 48 4.2 Các đặc trƣng của phân bố thực nghiệm 48 4.3 Ảnh hƣởng của góc mài cạnh bên đến chi phí năng lƣợng 53 riêng 4.4 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí năng 54 lƣợng riêng khi góc mài cạnh bên thay đổi 4.5 Ảnh hƣởng của góc mài cạnh đáy đến chi phí năng lƣợng 56 riêng 4.6 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí năng 56 lƣợng riêng khi góc mài cạnh bên thay đổi 4.7 Ảnh hƣởng của gờ giới hạn đến chi phí năng lƣợng riêng 58 4.8 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí năng 59 lƣợng riêng khi gờ giới hạn thay đổi 4.9 Mã hoá các yếu tố ảnh hƣởng 62 4.10 Mã hoá các thông số đầu vào 67
vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên Đơn vị 1 o Góc mài cạnh cắt đáy (Độ) 2 o Góc mài cạnh cắt bên (Độ) 1 o Góc trƣớc cạnh cắt đáy (Độ) 2 o Góc trƣớc cạnh cắt bên (Độ) 1 o Góc sau cạnh cắt đáy (Độ) 2 o Góc sau cạnh cắt bên (Độ) 1 o Góc cắt của cạnh cắt đáy (Độ) 2 o Góc cắt của cạnh cắt bên (Độ) Δ Chiều cao gờ giới hạn mm t Bƣớc răng mm u Tốc độ đẩy m/s v Vận tốc cắt m/s c Lƣợng ăn dao mm P Lực cắt N K Lực cản cắt riêng, Công cắt riêng N/m2; N/m3 B Bề rộng mạch cƣa m H Chiều cao mạch cƣa m Pm Lực tác dụng lên mũi cắt của dao N Pt Lực tác dụng lên mặt trƣớc của dao N Ps Lực tác dụng lên mặt sau của dao N Pp Lực ma sát giữa phoi với thành mạch cƣa N Pb Lực ma sát giữa bản cƣa và phoi N ρ Bán kính mũi cắt mm f Hệ số ma sát giữa gỗ và răng cƣa Q Lực cắt theo phƣơng pháp tuyến N CH Hệ số đàn hồi N/cm2 y Lƣợng nén của gỗ cm fg Hệ số ma sát giữa phoi và thành bên θ Hệ số chất tải của hầu cƣa ξH Hệ số co gót của phoi theo chiều dầy μ Hệ số Poatx ng χ Hệ số hao hụt phoi do bị cọ sát với thành bên y Hệ số đặc trƣng cho sự tăng áp lực ξ// Hệ số co của phoi theo chiều dài Nr Chi phí năng lƣợng riêng Wh/m2 Nt Công suất tiêu thu W Not Công suất không tải W Nc Công suất cắt W F Diện tích mặt cắt ngang m2
vii Ntt Năng suất thuần túy m2/s W Độ ẩm % m Khối lƣợng mấu gỗ trƣớc khi sấy g mo Khối lƣợng mẫu gỗ ở trạng thái khô kiệt g Cd Cầu dao Đc Động cơ Ct Công tắc hành trình a Số tổ đƣợc chia n Số lần thí nghiệm k Cự ly tổ xmax, min Trị số thu thập lớn nhất, bé nhất của đại lƣợng nghiên cứu S Sai tiêu chuẩn S% Hệ số biến động R Phạm vi biến động Sk Độ lệch Ex Độ nhọn l Số tổ hợp m Số lần lặp ∆% Sai số tƣơng đối Y Giá trị trung bình của đại lƣợng nghiên cứu Gtt Tính đồng nhất theo tiêu chuẩn Kohren S2max Phƣơng sai lớn nhất trong N thí nghiệm F Giá trị tính toán theo tiêu chuẩn Fisher N Tổng số thí nghiệm e Khoảng biến thiên R Hệ số đơn định T Giá trị chuẩn Student
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Cùng với sự tăng trƣởng kinh tế của cả nƣớc nói chung, ngành lâm nghiệp cũng có những thay đổi cơ bản. Tài nguyên rừng của Việt Nam sau một thời gian suy giảm đang đƣợc phục hồi. Theo số liệu về diện tích rừng tự nhiên và đất lâm nghiệp năm 2010 của Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn, tổng diện tích đất có rừng toàn quốc là 13.797.000 ha trong đó, diện tích rừng tự nhiên là 10.285.000 ha giảm 54.305 ha so với năm 2009, diện tích rừng trồng là 3.512.000 ha tăng 592.462 ha so với năm 2009. Hiện nay, tình hình diễn biến tài nguyên rừng ngày càng xấu đi, nhƣng không vì thế mà nhu cầu về sử dụng gỗ giảm đi mà ngƣợc lại nó ngày càng tăng cao. Theo tính toán của các chuyên gia trong cuốn "Dự thảo chiến lược phát triển lâm nghiệp quốc gia năm 2006-2010" tổng nhu cầu nguyên liệu gỗ gần 22 triệu m3 trong đó cần 12 triệu m3 gỗ lớn. Bên cạnh đó, việc cung cấp nguyên liệu cho ngành chế biến cũng là vấn đề thời sự. Hiện nay, cả nƣớc có hơn 2000 doanh nghiệp chế biến gỗ, trong đó có hơn 300 doanh nghiệp chế biến, xuất khẩu trực tiếp, sử dụng 170.000 lao động và có năng lực xuất khẩu tăng gấp 4 lần so với năm 2003. Gỗ nguyên liệu để làm hàng xuất khẩu của nƣớc ta từ năm 2000 trở lại đây phần lớn phải nhập khẩu. Theo thống kê của tổng cục Hải quan, kim ngạch nhập khẩu gỗ nguyên liệu năm 2008 đạt trên 1 tỷ USD, tăng 6,3% so với năm 2007, dự báo năm 2009 lƣợng gỗ trong nƣớc chỉ đáp ứng 20% nhu cầu. Những năm tới và trong tƣơng lai lâu dài, các nƣớc có tài nguyên rừng giàu có trên thế giới đều có chính sách chung là bảo đảm sự cân bằng giữa bảo vệ m i trƣờng và phát triển thƣơng mại. Vì vậy, việc nhập khẩu gỗ nguyên liệu để phát triển và tăng trƣởng kim ngạch xuất khẩu của Việt Nam trong những năm tới sẽ gặp kh ng ít khó khăn. Với sự phát triển nhanh của nền kinh tế, đời sống của nhân dân tăng nhanh làm cho nhu cầu về gỗ ngày càng cao. Diện tích rừng trồng đang phát triển mạnh chủ yếu phục vụ cho nhu cầu về gỗ nguyên liệu giấy và ván nhân
2 tạo, một phần làm gỗ nguyên liệu để làm hàng xuất khẩu. Gỗ nguyên liệu để làm hàng xuất khẩu của nƣớc ta, từ năm 2000 trở lại đây phần lớn phải nhập khẩu từ nƣớc ngoài. Năm 2003 đã nhập trên 250 triệu USD gỗ và phụ liệu gỗ, năm 2004 nhập 700 triệu USD tƣơng đƣơng 2,5 triệu m3 gỗ tròn, gỗ xẻ, ván nhân tạo từ 20 nƣớc trên thế giới. Nhu cầu tăng cao, đòi hỏi quy mô sản xuất phải hiện đại, các khâu công việc phải đƣợc cơ giới hóa. Ngành khai thác gỗ nguyên liệu giấy và ván nhân tạo đang từng bƣớc thay đổi và thiết bị sử dụng khá phổ biến hiện nay là loại cƣa xích có động cơ chạy bằng xăng. Cƣa xích là một trong những thiết bị chủ yếu dùng trong chặt hạ gỗ. Kể từ khi chiếc máy cƣa xích đầu tiên trên thế giới đƣợc chế tạo vào đầu thế kỷ XX, cho đến nay đã có hàng triệu máy cƣa xích ra đời và đƣợc sử dụng rộng rãi ở nhiều nƣớc trên thế giới để chặt hạ, cắt khúc gỗ. Ở nƣớc ta, cƣa xích (chủ yếu là cƣa xăng) là thiết bị chặt hạ gỗ quen thuộc, chúng đƣợc nhập khẩu từ nhiều nƣớc khác nhau trên thế giới nhƣ Thụy Điển, Mỹ, Đức, Nhật,…. Tuy nhiên, chƣa có những nghiên cứu, đánh giá để kiểm tra chế độ và các th ng số làm việc tối ƣu khi sử dụng cƣa xích ở nƣớc ta. Để cƣa xích làm việc tốt với từng loại gỗ, trong từng điều kiện cụ thể của nƣớc ta đảm bảo năng suất cao, chi phí năng lƣợng thấp thì việc nghiên cứu cụ thể và chi tiết hơn về các th ng số tối ƣu của cƣa xích khi hoạt đ ng là cần thiết. Chính vì vậy, đƣợc sự đồng ý của Ban Chủ nhiệm khoa sau đại học, tôi thực hiện khóa luận tốt nghiệp với đề tài: “ ác định một số thông số hợp lý của x ch cưa hi cưa gỗ Bạch đàn Eucalyptus camaldulensis”.
3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới 1.1.1. Tình hình nghiên cứu áp dụng cưa xích Trên thế giới, cƣa xích là một thiết bị chặt hạ cầm tay đƣợc sử dụng rộng rãi trong công nghệ khai thác gỗ. Căn cứ vào nguồn động lực, cƣa xích đƣợc chia làm hai loại là cƣa xích có nguồn động lực là động cơ điện gọi là cƣa điện và cƣa xích sử dụng động cơ xăng gọi là cƣa xăng. C ng dụng chủ yếu của cƣa xăng là chặt hạ gỗ, cắt cành, cắt khúc ở trong khu khai thác. Theo kết quả nghiên cứu của tổ chức N ng Lƣơng Liên hiệp quốc FAO [26] [27], từ các nƣớc phát triển nhƣ Phần Lan, Thụy Điển đến các nƣớc đang phát triển nhƣ Malaysia, Indonesia... đều sử dụng cƣa cƣa xăng là thiết bị chính trong khai thác. Cƣa xăng có nhiều ƣu điểm nhƣ kích thƣớc gọn nhẹ, dễ sử dụng, vốn đầu tƣ ít, tính cơ động cao. Theo [34], tỷ lệ chặt hạ gỗ bằng cơ giới ở Phần Lan là 98% trong đó tỷ lệ chặt hạ gỗ bằng cƣa xăng là 70% còn 28% là sử dụng máy chặt hạ liên hợp. Đối với Brazil tỷ lệ chặt hạ gỗ bằng cơ giới là 80% trong đó 90% chặt hạ bằng cƣa xăng còn 10% sử dụng máy chặt hạ liên hợp. Theo tài liệu [29], [30] "Sổ tay về công nghệ thích hợp trong các hoạt động Lâm nghiệp ở các nƣớc đang phát triển", đối với Malaysia, Phillipin, Thái Lan tỷ lệ chặt hạ gỗ bằng cƣa xăng là 90%, còn 10% là chặt hạ thủ công. Một số nƣớc đang phát triển ở Châu Phi nhƣ Etiopia, Tazania, Zimbabwe [35] tỷ lệ chặt hạ gỗ bằng cƣa xăng là 70% còn 30% là chặt hạ bằng thủ công. Có rất nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới đã chứng minh rằng chặt hạ gỗ bằng cƣa xăng thì giảm thiểu tác động xấu đến môi trƣờng sinh thái hơn là chặt hạ bằng máy chặt hạ liên hợp. Kết quả nghiên cứu so sánh giữa chặt hạ bằng thủ công, chặt hạ bằng cƣa xăng và bằng máy chặt hạ liên hợp trong việc khai thác rừng trồng ở Phần Lan [29], đã khẳng định
4 rằng chặt hạ gỗ bằng cƣa xăng thì chi phí nhỏ nhất, ít ảnh hƣởng đến môi trƣờng nhất. Trong quá trình nghiên cứu hoàn thiện, cƣa xích một số nƣớc phát triển nhƣ: Thụy Điển, Đức, Mỹ... đã thu đƣợc những thành tựu to lớn và đã đƣợc công bố trong nhiều công trình [29], [30]. Hiện nay, nhiều hãng cƣa nổi tiếng sản xuất cƣa có chất lƣợng cao với số lƣợng hàng triệu chiếc mỗi năm, nhƣ hãng Husqvarna của Thụy Điển, Stilh của Đức, Mc Culloch và Homelite của Mỹ, Echo của Nhật Bản,... Từ những năm 1980, các nhà chế tạo đã ứng dụng nhiều thành tựu khoa học kỹ thuật để chế tạo ra các loại cƣa có tính năng ƣu việt hơn nhƣ hệ thống điện đã chuyển từ đánh lửa má vít sang đánh lửa bán dẫn, một số chi tiết làm bằng thép đƣợc thay bằng hợp kim hoặc nhựa tổng hợp nên trọng lƣợng cƣa giảm xuống còn 6-7 kg, rung động và tiếng ồn cũng đƣợc nghiên cứu giảm xuống. Khi sử dụng cƣa xăng vào một điều kiện làm việc cụ thể cần thiết phải có những nghiên cứu để đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật đồng thời đem lại hiệu quả kinh tế cao. Tác giả Cunha - Ia trong công trình [24], đã nghiên cứu ảnh hƣởng của rung động và tiếng ồn đến năng suất lao động, kết quả nghiên cứu cho thấy tiếng ồn và rung động của cƣa xăng càng nhỏ năng suất lao động càng tăng lên, đối với loại có tiếng ồn lớn hơn 140dba và rung động lớn hơn 12m/s2 thì năng suất giảm 20% so với cƣa cùng loại có rung động và tiếng ồn cho phép. Năm 1998, FAO đƣợc giúp đỡ của Chính phủ Phần Lan đã thực hiện đề tài: "Đánh giá hiệu quả sử dụng cƣa xăng chặt hạ gỗ rừng trồng tại Zimbabwe" [34], kết quả nghiên cứu xác định đƣợc năng suất và giá thành chặt hạ của một số loại cƣa xăng dùng để chặt hạ gỗ rừng trồng và khẳng định sử dụng Husqvarna 362 cho hiệu quả nhất. Tác giả Suwala - M trong công trình [37], đã nghiên cứu giá thành chặt hạ gỗ ở Ba Lan, kết quả cho thấy giá thành chặt hạ gỗ bằng cƣa xăng thấp hơn chặt hạ gỗ bằng máy chặt hạ liên hợp và thủ công.
5 Công trình nghiên cứu: "Năng suất của cƣa xăng khi chặt hạ gỗ rừng trồng ở một số lâm phần của Nhật Bản" [32], tác giả cho thấy thời gian làm việc trong ngày là 366 phút, thời gian di chuyển là 26%, lƣợng oxy lớn nhất cần thiết là 2,42 lít/phút, năng suất trung bình khoảng 15-18 m3/ca. Trong quá trình nghiên cứu tác giả chƣa đề cập đến một số yếu tố ảnh hƣởng đến năng suất nhƣ xích cƣa, rung động và trọng lƣợng cƣa. Đánh giá ảnh hƣởng của cƣa xăng chặt hạ gỗ đến m i trƣờng sinh thái có công trình [31], kết quả nghiên cứu cho thấy chặt hạ gỗ bằng cƣa xăng giảm thiểu tác động đến m i trƣờng sinh thái hơn so với chặt hạ bằng máy chặt hạ liên hợp và thủ công. Tác giả Sulman trong công trình nghiên cứu của mình [36] đã nghiên cứu sử dụng cƣa xăng để sản xuất gỗ xẻ tại Guyana, tác giả đã nghiên cứu phƣơng pháp xẻ, năng suất và chất lƣợng mạch xẻ, tính toán công suất của động cơ. Tác giả đã đề xuất một số giải pháp nhƣ thay đổi một số thông số của phần tử cắt của xích cƣa để chuyển từ dạng cắt ngang sang cắt dọc để nâng cao năng suất lao động. Nghiên cứu sử dụng hiệu quả cƣa xăng để chặt hạ gỗ đƣợc quan tâm nghiên cứu ở Nga: trong số các công trình nghiên cứu và lĩnh vực này phải kể đến kết quả nghiên cứu của một số công trình sau: Trong công trình [41] tác giả Kretov. B.C đã nghiên cứu phân bố thời gian của ca làm việc khi sử dụng cƣa xăng loại nhẹ có khối lƣợng từ 6,5-8kg của các hãng Partner (Thuỵ Điển), Stilh (Liên bang Đức), Mak-6 (Mĩ), MP5- Yrak 2(Nga) để chặt hạ gỗ. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng thời gian động cơ làm việc trong một ca đối với cƣa xăng của Nga 121 phút chiếm 41%, thời gian di chuyển là 22phút chiếm 8%, thời gian nạp xăng, dầu, b i trơn cho xích cƣa 19 phút chiếm 7%; Thời gian dũa cƣa 8 phút chiếm 3%, thời gian khởi động động cơ 16 phút chiếm 5%; thời gian lắp cƣa 4 phút chiếm 1%. Tổng thời gian làm việc trong 1 ca 265 phút chiếm 91% tổng thời gian 1 ca theo qui định (8 giờ làm việc)...
6 Tác giả đã đề xuất các biện pháp nâng cao năng suất lao động. Trong công trình nghiên cứu [45] cho thấy rằng khi sử dụng cƣa xăng để chặt hạ gỗ ở vùng núi chi phí lao động tăng 20-30% so với làm việc ở điều kiện địa hình bằng phẳng. Trong công trình [46] tác giả Polisuk. A. P đã đề xuất phƣơng pháp tối ƣu hoặc các thông số cơ bản của cƣa xăng. Bằng nghiên cứu thực nghiệm, tác giả đã xây dựng đƣợc mô hình toán học miêu tả sự phụ thuộc của năng suất ca vào các thông số kỹ thuật của cƣa xăng. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng ảnh hƣởng lớn nhất đến năng suất ca là công suất của động cơ và c ng suất của động cơ cƣa xăng từ 4,2-4,9 HP cho năng suất ca cao nhất và chi phí sử dụng là nhỏ nhất. 1.1.2. Tình hình nghiên cứu quá trình cắt gọt gỗ bằng cưa xích Quá trình cƣa 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. Những ngƣời có công trong việc xây dựng và phát triển lý thuyết cắt gọt gỗ phải kể đến các nhà bác học Xô Viết nhƣ giáo sƣ I.A. Time, giáo sƣ P.A. Aphanaxiev, kĩ sƣ Denpher, giáo sƣ M.A. Đêsev i, giáo sƣ C.A.Voskrexenski, giáo sƣ A.L. Bersatski,... Tổng hợp các công trình nghiên cứu của các nhà khoa học nêu trên cho thấy rằng các học thuyết hiện đại về cắt gọt gỗ đi theo ba hƣớng sau: - Hƣớng thứ nhất: Là dùng phƣơng pháp toán cơ để phân tích, nghiên cứu các hiện tƣợng xảy ra trong quá trình cắt gọt gỗ. Giải các bài toán thuận và bài toán nghịch trong công nghệ gia công gỗ trên cơ sở này. Đây là một hƣớng đi khá khó, đòi hỏi kiến thức rộng, nhiều lĩnh vực rộng, nhƣng phù hợp với quá trình gia công gỗ. - Hƣớng nghiên cứu thứ hai: Là xây dựng học thuyết cắt gọt trên cơ sở phân tích các giá trị của các hiện tƣợng lý hoá xảy ra trong quá trình và trên cơ sở đó xây dựng các công thức thực nghiệm, áp dụng trong các bài toán
7 thuận và nghịch. Trong cắt gọt gỗ, hƣớng này đòi hỏi hệ thống thiết bị đo rất tinh vi, hiện đại và tốn kém, bởi vì trong cắt gọt gỗ tốc độ cắt thƣờng rất cao. - Hƣớng thứ ba: Là xây dựng lý thuyết cắt gọt gỗ bằng thực nghiệm, nói cách khác là trên cơ sở các số liệu thu đƣợc trong quá trình nghiên cứu, phân tích các cơ sở dữ liệu thu đƣợc trong quá tình nghiên cứu, phân tích các hiện tƣợng xảy ra trong quá trình cắt gọt, dùng toán xác suất thống kê để xây dựng các công thức thực nghiệm, áp dụng trong việc giải các bài toán công nghệ và thiết kế. Hƣớng này đơn giản, dễ tiến hành, song thụ động, nhất là trong gia công gỗ nhiều trƣờng hợp phoi là thành phẩm, cần có cơ sở lý thuyết để giải quyết bài toán công nghệ của chúng. Mặc dù các nhà khoa học đi theo ba hƣớng khác nhau nhƣng tất cả đều nhằm một mục đích là khám phá bức tranh trung thực nhất của quá trình cắt gọt gỗ, đƣa ra những kết luận và công thức chính xác, phù hợp với qui luật khách quan nhất để phục vụ cho việc thực hiện tốt các bƣớc công nghệ, thiết kế dao cụ, máy trong việc cơ giới hoá và tự động hoá công nghệ gia công gỗ. Lý thuyết cắt gọt gỗ đi sâu nghiên cứu lực phát sinh trong quá trình gia công gỗ bằng cơ học, công suất của thiết bị chi phí cho việc cắt. Những đại lƣợng này cần thiết làm cơ sở cho việc lựa chọn hình dáng, tính toán kích thƣớc, xác định các thông số kỹ thuật của các công cụ cắt trong việc thiết kế và cải tiến dao cụ và máy gia công gỗ hoặc xác định các chế độ gia công hợp lý trong sử dụng các thiết bị đã có nhằm nâng cao năng suất, giảm chi phí nguyên, nhiên vật liệu giảm giá thành sản xuất của sản phẩm. Xích cƣa là một bộ phận quan trọng trong cơ cấu cắt của cƣa xích, các thông số kỹ thuật của xích cƣa nhƣ góc cắt trƣớc, góc cắt sau, bƣớc xích, gờ giới hạn có ảnh hƣởng rất lớn đến năng suất và chất lƣợng mạch cắt, do vậy cùng với việc hoàn thiện cƣa xăng thì xích cƣa cũng ngày càng đƣợc nghiên cứu và hoàn thiện hơn. Ở Liên X cũ, việc tính toán hoàn thiện hệ thống cắt của cƣa xăng đã đƣợc các tác giả công bố trong các c ng trình [42], [43]. Năm 1950, tại đây
8 ngƣời ta chủ yếu sử dụng loại xích cƣa có răng cắt thẳng 4 phần tử sau đó cải tiến thành loại xích cƣa 8 phần tử (loại xích PC-15M). Đặc điểm của loại xích này là không có gờ giới hạn ăn gỗ, công dụng chủ yếu là dùng để cắt ngang cây gỗ, khi sử dụng để cắt chéo thân cây thì cho năng suất thấp. Xích cƣa PC-15M tiếp tục đƣợc cải tiến thành xích cƣa "vạn năng" có dạng cắt hình chữ (Г) và phủ Crom để tăng độ cứng bền vững, chịu mài mòn, loại xích này làm việc tốt trong quá trình cắt gỗ dƣới bất kỳ góc độ nào đối với thớ gỗ. Nghiên cứu để xác định các thông số hình học hợp lý của xích cƣa đƣợc thể hiện trong các công trình nghiên cứu của các nhà bác học nhƣ: C.A.Brukhov (1955); C.A. Voskrexengki (1967), A.I. Oxipov (1955), V.V. Kouxman (1959), U.N. Vensenoxev (1956), V.A. Uxpenxki (1967). Kết quả nghiên cứu của các công trình này cho thấy rằng: đối với xích cƣa răng thẳng thông số quan trọng nhất là góc mài và góc trƣớc của cạnh cắt ngắn. Nếu giảm ε từ 80o xuống 40o giảm tỷ suất lực cắt xuống 10-15%. Góc trƣớc γ có giá trị từ 0-10o nếu tăng góc trƣớc thì chất lƣợng mặt cắt giảm. Đối với xích cƣa vạn năng: Góc mài cạnh cắt bên khi cƣa gỗ mềm β2=50-55o, góc sau cạnh cắt đáy α2=2-3o; góc mài cạnh cắt đáy β1=40-45o, góc sau cạnh cắt đáy α1=5-9o. Nếu giảm góc mài β1, β2 thì tỷ suất lực cắt giảm dẫn đến giảm công suất cắt nhƣng xích cƣa chóng mòn. Góc nghiêng của cạnh cắt bên ε nằm trong khoảng 30- 350 nếu lớn quá làm cho xích cƣa kh ng ổn định ngang dẫn tới tăng tỷ suất lực cắt. Trong công trình [43] các tác giả Kouxman V.V và Belozorov L.N đã nghiên cứu xác định chế độ làm việc hợp lý của xích cƣa vạn năng có bƣớc xích 15mm. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng độ cao gờ hạn chế ăn sâu ảnh hƣởng rất lớn đến lực đẩy cƣa và c ng suất cắt để xích cƣa PCU15 Δh=0,8- 1,0 mm cho tỷ suất lực cắt nhỏ nhất. Tốc độ cắt có vai trò rất quan trọng trong sử dụng cƣa và tốc độ cắt tăng cho phép tăng năng suất nhƣng tăng tốc độ cắt làm công suất cắt tăng, kết quả nghiên cứu cho thấy rằng tốc độ cắt hợp lý của
9 các loại cƣa có c ng suất N=1,5-1,7 kW là v=7-8 m/s, loại 2,0-2,2 kW là v=9- 10 m/s, loại có công suất 2,8-3 kW là v=12-13 m/s. Các nƣớc phát triển nhƣ Thụy Điển, Canada, Mỹ, Đức đã sản xuất ra loại xích cƣa cắt đa năng (cắt ngang, cắt chéo), răng cắt có dạng hình (7) chuyên dùng để chặt hạ gỗ. Trƣớc đây xích cƣa có bƣớc xích và chiều rộng của xích lớn, độ cứng của lƣỡi cắt thấp nên tiêu hao công suất lớn, năng suất thấp, tuổi thọ xích giảm. Năm 1980, xích cƣa đã đƣợc nghiên cứu hoàn thiện về bƣớc xích, chiều dày xích, các góc cắt của phần tử cắt. Hiện nay, tất cả các loại xích cƣa chặt hạ gỗ đều có dạng hình số (7). Để hoàn thiện xích cƣa, các nhà khoa học đã sử dụng phƣơng pháp phân tích quá trình cắt và dùng phƣơng pháp thực nghiệm để xác định các thông số hình học của các phần tử cắt. Tác giả Wang - Jing Xin, Greene - WD trong công trình của mình đã nghiên cứu hệ thống mô phỏng bằng máy tính sự ảnh hƣởng lẫn nhau của các bộ phận khi cƣa xăng chặt hạ gỗ, nghiên cứu đã tìm ra đƣợc mối quan hệ giữa yếu tố lƣỡi cắt đến công suất động cơ. Tác giả sử dụng phƣơng pháp thực nghiệm để xác định các thông số của lƣỡi cắt, đƣờng kính bánh sao chủ động và đã chỉ ra nguyên lý thiết kế bánh sao chủ động hiện thời là không phù hợp có nhiều hạn chế, từ đó đƣa ra nguyên lý mới cho việc cải tiến thiết kế bánh sao chủ động. Kết luận đã chỉ rõ thông số của lƣỡi cắt chỉ phù hợp với một số loại gỗ. 1.2. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc 1.2.1. Tình hình nghiên cứu áp dụng cưa xích Ở Việt Nam, từ những năm 1956 đã nhập một số cƣa xăng của Liên Xô cũ nhƣ Hữu Nghị - 55, sau đó nhập một số cƣa xăng của Cộng hòa Dân chủ Đức nhằm nâng cao năng suất lao động trong chặt hạ gỗ. Năm 1979 nƣớc ta nhập một số loại cƣa Uran 2T, và Uran 2TE của Liên X cũ. Trong quá trình sử dụng còn nhiều hạn chế do đặc điểm kỹ thuật của máy không phù hợp với
10 điều kiện địa hình và sức khỏe của ngƣời Việt Nam. Những năm gần đây, nƣớc ta đã nhập nhiều loại cƣa xăng có chất lƣợng tốt nhƣ Cƣa Husqvarna, Stilh, Dolmar,... các loại này có trọng lƣợng nhỏ, độ rung và tiếng ồn thấp phù hợp với điều kiện địa hình và sức khỏe của ngƣời Việt Nam. Cƣa xăng trở thành thiết bị chặt hạ gỗ phổ biến ở Việt Nam, song việc nghiên cứu để sử dụng và hoàn thiện cƣa xăng ở Việt Nam còn hạn chế. Tác giả Nguyễn Trọng Hùng (1985) cùng với Viện Khoa học Lâm nghiệp đã tiến hành nghiên cứu khảo nghiệm ba loại cƣa xăng: Uran 2 của Nga, cƣa Husqvarna và Partner của Thụy Điển. Nghiên cứu này đã đƣa ra các kết luận: Cƣa xăng của Thụy Điển có tốc độ cắt nhanh hơn, mang vác nhẹ hơn; Một đời cƣa của Thụy Điển có thể chặt hạ đƣợc khối lƣợng lớn gấp đ i và tiêu thụ nhiên liệu bằng một nửa so với cƣa Uran - 2 [12]. Nghiên cứu chỉ tập trung vào đối tƣợng là rừng tự nhiên gỗ lớn, còn các đối tƣợng khác thì chƣa đề cập đến. Năm 1993, Viện Khoa học Lâm nghiệp đã tiến hành khảo nghiệm cƣa Partner P-70 và tời hai trống trong chặt hạ và vận xuất gỗ Đƣớc [8], kết quả nghiên cứu cho thấy có thể áp dụng cƣa xăng và tời hai trống để khai thác gỗ Đƣớc rừng ngập mặn. Trong tài liệu [19], tác giả Dƣơng Văn Tài đã nghiên cứu tuyển chọn một số loại cƣa xăng để chặt hạ gỗ rừng trồng ở Việt Nam, kết quả công trình nghiên cứu đã xây dựng đƣợc phƣơng pháp tuyển chọn thiết bị chặt hạ, tiến hành khảo nghiệm một số loại cƣa xăng chặt hạ gỗ rừng trồng và lựa chọn ra đƣợc một số loại cƣa phù hợp. Năm 2005, luận án tiến sỹ Dƣơng Văn Tài nghiên cứu và sử dụng cƣa xăng để chặt hạ một số loài Tre ở miền Bắc Việt Nam [19], kết quả nghiên cứu đã tính toán đƣợc dạng xích cƣa kiểu mới phù hợp với quá trình chặt hạ một số loài tre, xác định đƣợc một số thông số tối ƣu của răng cắt, đã xác định đƣợc công suất động cơ,... Tuy nhiên, đề tài chỉ nghiên cứu trên đối tƣợng là một số loại tre ở miền Bắc Việt Nam, còn đối với các đối tƣợng khác nhƣ:
11 Các loại gỗ rừng trồng phổ biến làm nguyên liệu giấy (Keo, Bạch đàn...) thì chƣa đề cập đến. 1.2.2. Tình hình nghiên cứu quá trình cắt gọt gỗ bằng cưa xích Ở nƣớc ta, do nhiều nguyên nhân khác nhau, nên nhƣng những nghiên cứu cơ bản về gia c ng gỗ bằng cơ học nói chung và cắt gỗ bằng cƣa xích nói riêng ở trong nƣớc còn hạn chế, tiêu biểu là một số c ng trình nghiên cứu của các tác giả: - Hoàng Nguyên (1968), “Nghiên cứu ảnh hƣởng của một số yếu tố đến lực và độ tù của răng khi xẻ gỗ Việt Nam bằng cƣa sọc”; - Nguyễn Văn Minh (1956), “Gia c ng gỗ Việt Nam”; - Hoàng Việt (2003), “Máy và thiết bị chế biến gỗ” NXB N ng nghiệp, Hà Nội; - Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trƣờng năm 2010: " ác định tỷ suất lực cắt hi cưa gỗ keo lá tràm (Acacia Auriculiformics Cunn) bằng cưa x ch" của ThS Phạm Văn Lý đã xác định đƣợc tỷ suất lực cắt khi cƣa gỗ keo lá tràm bằng cƣa xích, trên cơ sở đó xây dựng đƣợc phƣơng trình dạng mũ để tính lực cắt và công suất cắt. - Thạc sỹ Nguyễn Nhƣ Tùng, năm 2010, luận văn tốt nghiệp: "Xác định một số thông số tối ƣu của xích cƣa xăng khi cƣa gỗ keo lá tràm", đã xác định đƣợc các giá trị tối ƣu của các thông số ảnh hƣởng đén chi phí năng lƣợng riêng của xích cƣa xăng khi cƣa gỗ Keo lá tràm. Tóm lại: Cƣa xích đƣợc sử dụng khá phổ biến trên thế giới và đƣợc rất nhiều các nhà khoa học và các hãng sản xuất nghiên cứu. Đến nay Cƣa xích đã đƣợc các nƣớc phát triển trên thế giới nghiên cứu tƣơng đối hoàn thiện. Ở Việt Nam hiện nay, cƣa xích cũng đƣợc sử dụng rộng rãi trên khắp cả nƣớc. Tuy nhiên, do điều kiện về tự nhiên và kinh tế xã hội mà việc nghiên cứu sử dụng vẫn còn hạn chế. Cần có những nghiên cứu với nhiều đối tƣợng khác nhau để có thể đánh giá đƣợc khả năng áp dụng của cƣa xích tại Việt Nam.