Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Xác định tỷ suất lực cắt khi cưa gỗ Bạch đàn (Eucalypus camaldulensis) bằng cưa xích

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:103

Thêm vào BST

Báo xấu

17
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của luận văn nhằm xác định tỷ suất lực cắt khi cưa gỗ Bạch đàn bằng cưa xích nhằm sử dụng cưa có hiệu quả; hoàn thiện hệ thống nghiên cứu về tỷ suất lực cắt; là tài liệu tham khảo, phục vụ cho những nghiên cứu về cưa xích. 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: Xác định tỷ suất lực cắt khi cưa gỗ Bạch đàn (Eucalypus camaldulensis) bằng cưa xích

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ------------------------------ PHÙNG VĂN CAO XÁC ĐỊNH TỶ SUẤT LỰC CẮT KHI CƢA GỖ BẠCH ĐÀN (EUCALYPUS CAMALDULENSIS) BẰNG CƢA XÍCH 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 ------------------------------ PHÙNG VĂN CAO XÁC ĐỊNH TỶ SUẤT LỰC CẮT KHI CƢA GỖ BẠCH ĐÀN (EUCALYPUS CAMALDULENSIS) BẰNG CƢA XÍCH Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa nông lâm nghiệp MS: 60.52.14 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT 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. Trường Cao đẳng nghề cơ điện xây dựng Tam Điệp. Xin cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp 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 6 năm 2011 Tác giả Phùng Văn Cao
ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ i MỤC LỤC ............................................................................................................. ii DANH MỤC HÌNH ............................................................................................. iv DANH MỤC BẢNG ............................................................................................. v ĐẶT VẤN ĐỀ ....................................................................................................... 1 Chƣơng 1 ............................................................................................................... 3 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU....................................................... 3 1.1. Tình hình nghiên cứu áp dụng cƣa xích vào chặt hạ gỗ ............................. 3 1.2. Tình hình nghiên cứu quá trình cắt gọt gỗ bằng cƣa xích .......................... 8 1.3. Tình hình nghiên cứu về tỷ suất lực cắt .................................................... 10 Chƣơng 2 ............................................................................................................. 13 MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 13 2.1. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................. 13 2.2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ............................................................ 13 2.3. Nội dung nghiên cứu................................................................................. 14 2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu .......................................................................... 14 Chƣơng 3 ............................................................................................................. 17 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI ....................................................................... 17 3.1. Khái quát chung về cƣa xích .................................................................... 17 3.1.1. Cấu tạo ............................................................................................... 17 3.1.2. Bộ phận công tác ................................................................................ 18 3.2. Động học quá trình cắt gỗ của xích cƣa ................................................... 22 3.2.1. Phương trình động học của xích cưa ................................................. 22 3.2.2. Phương trình lực cắt và công suất cắt của xích cưa.......................... 23 3.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tỷ suất lực cắt .......................................... 25 3.3. Khái quát tính chất gỗ Bạch đàn (Eucalyptus camaldulensis) ................. 36 3.3.1. Đặc điểm sinh thái ............................................................................. 36 3.3.2. Đặc điểm cấu tạo................................................................................ 37 3.3.3. Đặc điểm cơ lý tính của Bạch đàn ..................................................... 38 Chƣơng 4 ............................................................................................................. 41 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ................................................................................. 41
iii 4.1. Xây dựng mô hình thí nghiệm .................................................................. 41 4.2. Chuẩn bị mẫu thí nghiệm .......................................................................... 43 4.2.1. Chuẩn bị gỗ ........................................................................................ 43 4.2.2. Xác định độ ẩm của gỗ ....................................................................... 44 4.2.3. Phân loại gỗ thí nghiệm theo độ ẩm .................................................. 47 4.3. Đo và thu thập số liệu ............................................................................... 47 4.3.1. Xác định công suất cắt ....................................................................... 47 4.3.2. Xác định tỷ suất lực cắt ...................................................................... 48 4.4. Phƣơng pháp xử lý số liệu ........................................................................ 48 4.5. Kết quả nghiên cứu ................................................................................... 49 4.5.1. Tổng hợp các giá trị tỷ suất lực cắt khi độ ẩm thay đổi .................... 49 4.5.2. Tổng hợp các giá trị tỷ suất lực cắt khi lượng ăn dao thay đổi ......... 58 4.5.3. Tổng hợp các giá trị tỷ suất lực cắt khi thời gian thay đổi ................ 66 4.5.4. Hệ số tương quan giữa tỷ suất lực cắt và các thông số ảnh hưởng ... 76 Chƣơng 5 ............................................................................................................. 78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................. 78 5.1. Kết luận ..................................................................................................... 78 5.2. Kiến nghị................................................................................................... 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 80 PHỤ LỤC
iv DANH MỤC HÌNH TT Tên hình Trang 3.1 Cƣa xăng Husquavarna 365 17 3.2 Sơ đồ cấu tạo của cƣa xăng 18 3.3 Bản cƣa xích 19 3.4 Cấu tạo xích cƣa 20 3.5 Cấu tạo của mắt xích cắt 20 3.6 Sơ đồ nguyên lý làm việc của các loại răng cắt 21 3.7 Động học của quá trình cƣa gỗ bằng cƣa xích 23 3.8 Quá trình tạo phoi khi cƣa gỗ 23 3.9 Lực tác dụng lên mũi cắt AB 27 3.10 Lực tác dụng lên mặt trƣớc của cạnh cắt AB 29 3.11 Lực tác dụng lên mặt sau cạnh cắt AB 30 3.12 Lực tác dụng lên mặt sau của dao cắt 31 4.1 Bộ thí nghiệm xác định tỷ suất lực cắt 41 4.2 Đồng hô đo tốc độ HT-3100 43 4.3 Gỗ Bạch đàn đƣợc sử dụng làm thí nghiệm 44 4.4 Cân điện tử 45 4.5 Tủ sấy XMT 142 46 4.6 Các mẫu gỗ Bạch đàn để xác định độ ẩm 47 4.7 Ảnh hƣởng của độ ẩm đến tỷ suất lực cắt 57 4.8 Ảnh hƣởng của lƣợng ăn dao đến tỷ suất lực cắt 65 4.9 Ảnh hƣởng của thời gian làm việc đến tỷ suất lực cắt 75
v DANH MỤC BẢNG TT Tên bảng Trang 3.1 Lựa chọn bƣớc xích cƣa 21 3.2 Đặc tính cơ lý tính của Bạch đàn 38 4.1 Thông số của đồng hồ đo HT-3100 43 4.2 Tổng hợp các giá trị K ở điều kiện độ ẩm W=15%, 49 lƣợng ăn dao c=0,1mm 4.3 Bảng kiểm tra số liệu kết quả thí nghiệm ở điều kiện độ 50 ẩm W=15-20%, lƣợng ăn dao c=0,1mm 4.4 Tổng hợp các giá trị K ở điều kiện độ ẩm 21-30%, lƣợng 50 ăn dao c=0,1mm 4.5 Bảng kiểm tra số liệu kết quả thí nghiệm ở điều kiện độ 51 ẩm W=21-30%, lƣợng ăn dao c=0,1mm 4.6 Tổng hợp các giá trị K ở điều kiện độ ẩm W=30-50%, 51 lƣợng ăn dao c=0,1mm 4.7 Bảng kiểm tra số liệu kết quả thí nghiệm ở điều kiện độ 52 ẩm W=31-50%, lƣợng ăn dao c=0,1mm 4.8 Tổng hợp các giá trị K ở điều kiện độ ẩm W=51-70%, 52 lƣợng ăn dao c=0,1mm 4.9 Bảng kiểm tra số liệu kết quả thí nghiệm ở điều kiện độ 53 ẩm W=51-70%, lƣợng ăn dao c=0,1mm 4.10 Tổng hợp các giá trị K ở điều kiện độ ẩm W>70%, 53 lƣợng ăn dao c=0,1mm 4.11. Bảng kiểm tra số liệu kết quả thí nghiệm ở điều kiện độ 54 ẩm W>70%, lƣợng ăn dao c=0,1mm 4.12 Tổng hợp các giá trị của tỷ suất lực cắt khi độ ẩm thay 54 đổi 4.13 Bảng tính hệ số tƣơng quan (r) giữa độ ẩm (W) và tỷ 54 suất lực cắt (K) và các tham số của phƣơng trình hồi quy a và b. 4.14 Bảng tính trị số lý luận K 57 4.15 Tổng hợp các giá trị K ở điều kiện độ ẩm W=15-20%, 58 lƣợng ăn dao c=0,2mm 4.16 Bảng kiểm tra số liệu kết quả thí nghiệm ở điều kiện độ 58 ẩm W=15-20%, lƣợng ăn dao c=0,2mm 4.17 Tổng hợp các giá trị K ở điều kiện độ ẩm W=15-20%, 59 lƣợng ăn dao c=0,3mm 4.18 Bảng kiểm tra số liệu kết quả thí nghiệm ở điều kiện độ 59 ẩm W=15-20%, lƣợng ăn dao c=0,3mm 4.19 Tổng hợp các giá trị K ở điều kiện độ ẩm W=15-20%, 60 lƣợng ăn dao c=0,5mm
vi 4.20 Bảng kiểm tra số liệu kết quả thí nghiệm ở điều kiện độ 60 ẩm W=15-20%, lƣợng ăn dao c=0,5mm 4.21 Tổng hợp các giá trị K ở điều kiện độ ẩm W=15-20%, 61 lƣợng ăn dao c=0,7mm 4.22 Bảng kiểm tra số liệu kết quả thí nghiệm ở điều kiện độ 61 ẩm W=15-20%, lƣợng ăn dao c=0,7mm 4.23 Tổng hợp các giá trị K ở điều kiện độ ẩm W=15-20%, 62 lƣợng ăn dao c=1,0mm 4.24 Bảng kiểm tra số liệu kết quả thí nghiệm ở điều kiện độ 62 ẩm W=15-20%, lƣợng ăn dao c=1,0mm 4.25 Tổng hợp các giá trị của tỷ suất lực cắt khi lƣợng ăn dao 63 thay đổi ở điều kiện độ ẩm W=15-20% 4.26 Bảng tính hệ số tƣơng quan (r) giữa lƣợng ăn dao (c) và 63 tỷ suất lực cắt (K) và các tham số của phƣơng trình hồi quy a và b. 4.27 Bảng tính trị số lý luận K 65 4.28 Tổng hợp các giá trị K ở điều kiện độ ẩm W=15-20%, 66 lƣợng ăn dao c=0,1mm, thời gian làm việc T
vii lƣợng ăn dao c=0,1mm, thời gian làm việc T=5h 4.39 Bảng kiểm tra số liệu kết quả thí nghiệm ở điều kiện độ 71 ẩm W=15-20%, lƣợng ăn dao c=0,1mm, thời gian làm việc T=5h 4.40 Bảng kiểm tra số liệu kết quả thí nghiệm ở điều kiện độ 72 ẩm W=15-20%, lƣợng ăn dao c=0,1mm, thời gian làm việc T=6h 4.41 Bảng kiểm tra số liệu kết quả thí nghiệm ở điều kiện độ 72 ẩm W=15-20%, lƣợng ăn dao c=0,1mm, thời gian làm việc T=6h 4.42 Tổng hợp các giá trị của tỷ suất lực cắt khi thay đổi thời 73 gian làm việc ở điều kiện độ ẩm W=15-20%, lƣợng ăn dao c=0,1 mm 4.43 Bảng tính hệ số tƣơng quan (r) giữa thời gian (T) và tỷ 73 suất lực cắt (K) và các tham số của phƣơng trình hồi quy a và b 4.44 Bảng tính trị số lý luận K 75 4.45 Tổng hợp các giá trị của ac 76 4.46 Tổng hợp các giá trị của aw 76 4.47 Tổng hợp các giá trị của at 77 5.1 Hệ số điều chình ac khi thay đổi lƣợng ăn dao 78 5.2 Hệ số điều chỉnh aw khi độ ẩm thay đổi độ ẩm 78 5.3 Hệ số điều chỉnh at khi thay đổi thời gian làm việc 79
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 2009 của Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn, tổng diện tích đất có rừng toàn quốc là 13.258.843 ha trong đó, diện tích rừng tự nhiên là 10.339.305 ha, diện tích rừng trồng là 2.919.538 ha. Độ che phủ rừng sau 10 năm từ 33,2% lên tới 39,1% năm 2009, tăng 5,9%. Trong những năm gần đây, công nghiệp chế biến lâm sản không ngừng phát triển, tốc độ tăng trƣởng khoảng 30% đã tạo thành một mạng lƣới với nhiều ngành, nhiều thành phần kinh tế tham gia gồm trên 1.200 doanh nghiệp, trong đó doanh nghiệp nhà nƣớc chiếm 26,7%, liên doanh và vốn nƣớc ngoài 3,3%, doanh nghiệp ngoài quốc doanh chiếm 70% với tổng công suất chế biến khoảng 3 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%. Với sự phát triển nhanh của 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 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. Hiện nay, gỗ củi chủ yếu đƣợc lấy từ rừng trồng. Rừng trồng ở nhiều nơi đang đƣợc khai thác với khối lƣợng lớn để làm nguyên liệu giấy, gỗ trụ
2 mỏ, nguyên liệu cho ngành công nghiệp chế biến gỗ và các ngành kinh tế khác. 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 gỗ chặt hạ gỗ quen thuộc, chúng đƣợc nhập khẩu từ nhiều nƣớc khác nhau trên thế giới nhƣ Thụy Điển, Mỹ, Đức, Nhật,…. Để có thể thiết kế cải tiến và sử dụng hợp lý máy cƣa xích cần phải nghiên cứu quá trình gia công gỗ một cách sâu rộng hơn nữa. Nhƣng do chƣa đƣợc quan tâm đúng mức nên cho đến nay chúng ta chƣa có nhiều nghiên cứu cơ bản về cắt gọt gỗ Việt Nam, trong đó tỷ suất lực cắt là yếu tố quan trọng để xác định lực cắt và công suất cắt, đây là các yếu tố quan trọng để thiết kế và sử dụng cƣa xích một cách hợp lý. Chính vì vậy, đƣợc sự đồng ý của khoa sau đại học, tôi thực hiện khóa luận tốt nghiệp với đề tài: “Xác định tỷ suất lực cắt khi cưa gỗ Bạch đàn Eucalypus camaldulensis bằng cưa xích”.
3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tình hình nghiên cứu áp dụng cƣa xích vào chặt hạ gỗ 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. Công 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 Nông Lƣơng Liên hiệp quốc FAO [26] [27], từ các nƣớc đang 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 [35], 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 [30], [31] "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 [36] tỷ lệ chặt hạ gỗ bằng cƣa xăng là 70% còn 30% là chặt hạ gỗ 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 [30], đã khẳng định rằng chặt hạ gỗ bằng cƣa xăng thì chi phí nhỏ nhất, ít ảnh hƣởng đến môi trƣờng nhất, tỷ lệ lợi dụng gỗ là cao nhất
4 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 [30], [31]. 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 băng 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 đề đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật đồng thời đem lại hiệu quả kinh tế cao. Tác giả Cunha - Ia trong công trình [26], 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 140dB (decibel) và rung động có gia tốc 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" [39], 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. Công trình nghiên cứu: "Năng suất của cƣa xăng khi chặt hạ gỗ rừng trồng ở một số lâm phần của Nhật Bản" [33], tác giả cho thấy thời gian làm
5 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 môi trƣờng sinh thái có công trình [32], kết quả nghiên cứu cho thấy chặt hạ gỗ bằng cƣa xăng giảm thiểu tác động đến môi 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 [37] 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. 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 Xô cũ, việc tính toán hoàn thiện hệ thống cắt của cƣa xăng đã đƣợc các tác giả công bố trong các công trình [43], [44]. Năm 1950 ở Liên Xô cũ chủ yếu là 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 cải tiến thành xích cƣa "vạn năng" có dạng cắt hình chữ (Г) và phủ Crom để tăng độ cứng 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.
6 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 số (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. 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 Xô cũ. Trong quá trình sử dụng còn nhiều hạn chế do đặc điểm kỹ thuật của máy không phù hợp với 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 vá sức khỏe của ngƣời Việt Nam. Cƣa xăng trở
7 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 đôi 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 [9], 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 [20], 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 [20], 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: Các loại gỗ rừng trồng phổ biến làm nguyên liệu giấy (Keo, Bạch đàn...) thì chƣa đề cập đến. Tóm lại: Cƣa xích đã đƣợc các nƣớc phát triển trên thế giới nghiên cứu tƣơng đối hoàn thiện. Tuy nhiên, ở Việt Nam do điều kiện về tự nhiên và kinh
8 tế xã hội mà việc nghiên cứu sử dụng vấn 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. 1.2. Tình hình nghiên cứu quá trình cắt gọt gỗ bằng cƣa xích Trên thế giới 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 bác học Xô Viết nhƣ giáo sƣ I.A. Time, giáo sƣ P.A. Aphanaxiev, kĩ sƣ Denpher, giáo sƣ M.A. Đêsevôi, 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 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 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
9 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 nhiên, nguyên vật liệu giảm giá thành sản xuất của sản phẩm. 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 nghiên cứu của các tác giả sau: - Hjorth.H, Máy gia công gỗ. Bruxen, 1937. - Kiviaa.E, Lực cắt gọt trong gia công gỗ. Hesinki, 1950. - Barkas.WV, Nguyên lý gia công gỗ. London, 1932. - Patronsky.LA, Những vấn đề về dao cắt. Mỹ, 1953. - Norman.C.Franz, Phân tích quá trình cắt gỗ. Mỹ, 1957. Norman.C.Franz sau khi nghiên cứu cắt thẳng dọc thớ ba loại gỗ Sugar pine (Pinus Lambertiana. Dougl), Yelow birch (Betula alleghaniensis. Britt), White as (Fraximus Americana L.) đặc trƣng cho ba loại gỗ (gỗ lá kim vùng ôn đới, gỗ lá rộng mạch phân tán, và gỗ lá rộng mạch phân bố theo vòng năm). Tác giả đã nghiên cứu chúng với tổng cộng 378 điều kiện khác nhau, với 3 cấp độ ẩm (1,5%, 3,5% và độ ẩm bão hoà), 7 cấp chiều dày phoi (0,002;
10 0,005; 0,010; 0,015; 0,020; 0,025 và 0,030 inch), 6 góc cắt trƣớc (50, 100, 150, 200, 250 và 300). Ông đã đƣa ra một số kết luận quan trong sau: - Quá trình cắt gọt đƣợc đặc trƣng bởi ba dạng cắt gọt cơ bản. - Các công cụ hình thành tƣơng ứng với dạng phoi. Do vậy công cần thiết cho việc tách bỏ vật liệu phụ thuộc vào dạng hình thành phoi. - Quá trình hình thành phoi phụ thuộc vào đặc tính của gỗ và thông số hình học cắt. - Việc hình thành phoi độc lập với vận tốc cắt. - Góc trƣớc và chiều dày vết cắt ảnh hƣởng đến việc hình thành phoi. - Các lực ma sát phụ thuộc vào loại gỗ và độ ẩm của gỗ nhƣng ít quan hệ đến độ nhám bề mặt dao vì các vết mài 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, chúng ta chƣa có nhiều những nghiên cứu chuyên sâu và những thông tin một cách hệ thống những nghiên cứu về cắt gọt gỗ ở những nƣớc tƣ bản có nền công nghiệp phát triển. Ở Việt Nam, do nhiều nguyên nhân khác nhau, nên nhƣng những nghiên cứu cơ bản về gia công gỗ bằng cơ học ở trong nƣớc còn hạn chế, tiêu biểu là một số công trình nghiên cứu của các tác giả: - Hoàng Nguyên (1968), “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến lực và độ t của răng khi x gỗ Việt Nam bằng cưa sọc . - Nguyên Văn Minh (1956), “ ia công gỗ Việt Nam” - Hoàng Việt (2003), “Máy và thiết bị chế biến gỗ” Nxb Nông nghiệp, Hà Nội. 1.3. Tình hình nghiên cứu về tỷ suất lực cắt Trên thế giới Trong lý thuyết cắt gọt gỗ, tỷ suất lực cắt là một thông số quan trọng, khi xác định đƣợc nó thì chúng ta xác định đƣợc lực cắt và công suất cắt. Tỷ
11 suất lực cắt đƣợc định nghĩa nhƣ sau: Tỷ suất lực cắt là lực cần thiết để biến một đơn vị diện tích gỗ thành phoi. Ngoài ra, để xác định công cắt ngƣời ta đƣa ra khái niệm tỷ suất công. Đây là công cần thiết để biến một đơn vị thể tích gỗ thành phoi. Tỷ suất lực cắt và tỷ suất công cắt có quan hệ bằng nhau về giá trị tuyệt đối nhƣng khác nhau về thứ nguyên (N/m2, Nm/m3=Jun/m3) Năm 1870, tỷ suất lực cắt lần đầu tiên đƣợc giáo sƣ tiến sĩ I.A. Time xác định cho các trƣờng hợp cắt đơn giản bằng phƣơng pháp thực nghiệm. Năm 1933, giáo sƣ tiến sĩ M.A. Đêsevôi 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". Nó 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 chƣa có công trình nghiên cứu tƣơng tự nào ra đời. Tỷ suất lực cắt khi cƣa ngang gỗ thông khô ở điều kiện tiêu chuẩn W = 15% đã đƣợc kỹ sƣ A.E. Dolotarev xác định bằng thực nghiệm. Tuỳ thuộc vào chiều rộng mạch cƣa và lƣợng ăn gỗ của một răng cƣa mà có các trị số tƣơng ứng. Tỷ suất lực cắt khi cƣa ngang và xẻ dọc đã đƣợc giáo sƣ tiến sĩ A.L. Berơsatski xác định bằng công thức thực nghiệm và đồ thị phụ thuộc vào bề rộng mạch cƣa và lƣợng ăn gỗ của một dao vào năm 1956. Vào thập kỷ 70 của thế kỷ XX, lý thuyết cắt gọt gỗ ngày càng đƣợc hoàn chỉnh và những công trình nghiên cứu mới về cắt gọt của các giáo sƣ: A.L. Berơsatski, C.A. Vơtcrexensiki, E.G. Ivanopski đã ra đời. Lực phát sinh trong quá trình gia công gỗ bằng cơ học đƣợc nghiên cứu đầy đủ hơn và chính xác hơn. Tỷ suất lực cắt khi cƣa gỗ đã đƣợc xác định thông qua công thức lý thuyết. Ở Việt Nam, nghiên cứu về tỷ suất lực cắt chỉ có một số công trình nghiên cứu của các tiến sĩ Nguyễn Văn Minh, Hoàng Nguyên,... Các tác giả