Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Xác định tỷ suất lực cắt khi cưa ngang tre luồng (Dendrocalamus membra - naceus) bằng cưa đĩa

Chia sẻ: Tri Lộ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:98

Thêm vào BST

Báo xấu

19
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là xác định tỷ suất lực cắt khi cưa ngang tre luồng (Dendrocalamus membra - naceus) bằng cưa đĩa nhằm góp phần tạo cơ sở khoa học để thiết kế, chế tạo và sử dụng cưa đĩa một cách hợp lý trong gia công cắt gọt tre luồng.

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 ngang tre luồng (Dendrocalamus membra - naceus) bằng cưa đĩa

i LỜI CẢM ƠN Sau thời gian làm việc khẩn trương, nghiêm túc, đề tài của tôi đã hoàn thành. Nhân đây cho phép tôi bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới tất cả mọi người đã giúp đỡ tôi trong thời gian qua. Xin cảm ơn: Thầy giáo hướng dẫn khoa học TS Lê Tấn Quỳnh, 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, đồng nghiệp đã 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 9 năm 2011 Tác giả Đỗ Thị Hạnh
ii MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cảm ơn.............................................................................................................. i Mục lục .................................................................................................................. ii Tài liệu tham khảo ................................................................................................ iii Phụ lục .................................................................................................................. iii Danh mục ký hiệu ................................................................................................ iv Danh mục hình vẽ ................................................................................................. v Danh mục các bảng .............................................................................................. vi ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................................1 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................................3 1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới............................................................ 3 1.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam ............................................................ 8 Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................................................................................10 2.1. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................. 10 2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu............................................................. 10 2.2.1. Khái quát chung về tre luồng (Dendrocalamus membra – naceus).. 10 2.2.2. Phân loại, cấu tạo và một số thông số kỹ thuật của cưa đĩa .............. 19 2.3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 23 2.4. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................... 23 Chương 3 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI.............................................................. 25 3.1. Động học của quá trình cắt vật liệu cắt bằng cưa đĩa ............................. 25 3.2. Công suất và tỷ suất lực cắt khi cưa vật liệu cắt bằng cưa đĩa ............... 36 3.2.1. Xác định công suất cắt ....................................................................... 36 3.2.2. Xác định tỷ suất lực cắt ..................................................................... 36 3.3. Những yếu tố ảnh hưởng đến tỷ suất lực cắt .......................................... 37
iii 3.3.1. Khái niệm về tỷ suất lực cắt .............................................................. 37 3.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tỷ suất lực cắt .......................................... 38 Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ........................................................................43 4.1. Xây dựng mô hình thí nghiệm ................................................................ 43 4.1.1. Các thiết bị thí nghiệm ...................................................................... 43 4.1.2. Chuẩn bị mẫu thí nghiệm .................................................................. 46 4.2. Thu thập và xử lý số liệu ......................................................................... 49 4.3. Kết quả nghiên cứu ................................................................................. 50 4.3.1. Trường hợp đĩa cưa có bước răng tiêu chuẩn, răng cưa có gằn hợp kim cứng .............................................................................................................. 50 4.3.2. Trường hợp đĩa cưa có răng cưa là răng cắt ngang ........................... 60 4.3.3. Hệ số điều chỉnh trong các điều kiện cắt thay đổi............................. 70 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC
iv DANH MỤC KÝ HIỆU Not: Công suất tiêu thụ điện khi không tải Nt: Công suất tiêu thụ điện khi có tải ∆N: Công suất cắt K: Tỷ suất lực cắt K : Tỷ suất lực cắt lý luận Pc: Lực cắt u: Tốc độ đẩy vật liệu cắt v: Vận tốc cắt của đĩa cưa M: Giá trị trung bình σ: Sai số quân phương δ: Khoảng sai lệch W: Độ sai lệch quân phương tương đối V: Hệ số dao động N: Sai số bình quân của thí nghiệm P: Độ chính xác của thí nghiệm r: Hệ số tương quan
v DANH MỤC HÌNH VẼ TT Tên hình Trang 2.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy cưa đĩa 21 2.2 Dạng tiết diện ngang của lưỡi cưa 22 2.3 Dạng răng cưa cắt ngang 22 3.1 Lực tác dụng lên mũi cắt AB 25 3.2 Lực tác dụng lên mặt trước của cạnh cắt AB 27 3.3 Lực tác dụng lên mặt sau cạnh cắt AB 29 3.4 Lực tác dụng lên mặt sau của dao 31 3.5 Sơ đồ quá trình làm việc của răng cưa 37 4.1 Bộ thí nghiệm xác định tỷ suất lực cắt 43 4.2 Đồng hồ đo tốc độ HT-3100 45 4.3 Luồng 46 4.4 Cân điện tử 47 4.5 Tủ sấy Memmert 47 4.6 Mẫu luồng để xác định độ ẩm 49 4.7 Biểu đồ tương quan Kh/W 53 4.8 Biểu đồ tương quan Kh/T 56 4.9 Biểu đồ tương quan Kh/δ 60 4.10 Biểu đồ tương quan Kn/W 63 4.11 Biểu đồ tương quan Kn/T 66 4.12 Biểu đồ tương quan Kn/δ 69
vi DANH MỤC BẢNG BIỂU TT Tên bảng Trang 2.1 Bảng xét ảnh hưởng của tuổi tre đến lực cắt. 17 2.2 Bảng hệ số kể đến loại tre luồng 17 2.3 Bảng thông số kỹ thuật của cưa đĩa 23 4.1 Thông số của đồng hồ đo HT-3100 45 4.2 Tổng hợp các giá trị tỷ suất lực căt khi độ ẩm thay đổi 50 4.3 Bảng tính hệ số tương quan (r) giữa độ ẩm (W) và tỷ suất lực cắt 51 (Kh) và các tham số của phương trình hồi quy a và b 4.4 Kết quả tính K h lý luận 53 4.5 Bảng tổng hợp tỷ suất lực cắt khi thời gian thay đổi 54 4.6 Bảng tính hệ số tương quan (r) giữa thời gian (T) và tỷ suất lực 54 cắt (Kh) và các tham số của phương trình hồi quy a và b 4.7 Bảng tính trị số lý luận K h 56 4.8 Tổng hợp các giá trị tỷ suất lực cắt khi góc cắt thay đổi 57 4.9 Bảng tính hệ số tương quan (r) giữa góc cắt δ (rad) và tỷ suất lực 57 cắt (Kh) và các tham số của phương trình hồi quy a và b 4.10 Bảng tính trị số lý luận K h 59 4.11 Tổng hợp các giá trị tỷ suất lực căt khi độ ẩm thay đổi 60 4.12 Bảng tính hệ số tương quan (r) giữa độ ẩm (W) và tỷ suất lực cắt 61 (Kn) và các tham số của phương trình hồi quy a và b 4.13 Kết quả tính K n lý luận 62 4.14 Bảng tổng hợp tỷ suất lực cắt khi thời gian thay đổi 63 4.15 Bảng tính hệ số tương quan (r) giữa thời gian (T) và tỷ suất lực 64 cắt (Kn) và các tham số của phương trình hồi quy a và b 4.16 Bảng tính trị số lý luận K n 65
vii 4.17 Tổng hợp các giá trị tỷ suất lực cắt khi góc cắt thay đổi 66 4.18 Bảng tính hệ số tương quan (r) giữa góc cắt δ (rad) và tỷ suất lực 67 cắt (Kn) và các tham số của phương trình hồi quy a và b 4.19 Bảng tính trị số lý luận K n 69 4.20 Tổng hợp các giá trị của awhcủa răng cưa cắt ngang 71 4.21 Tổng hợp các giá trị của ath của răng cưa cắt ngang 71 4.22 Tổng hợp các giá trị của aδh của răng cưa cắt ngang 71 4.23 Tổng hợp các giá trị của awn của răng cưa gắn hợp kim 72 4.24 Tổng hợp các giá trị của atn của răng cưa gắn hợp kim 73 4.25 Tổng hợp các giá trị của aδn của răng cưa gắn hợp kim 73
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Sau hai mươi năm thực hiện đường lối đổi mới, Việt Nam có sự thay đổi sâu sắc và toàn diện về mặt kinh tế và xã hội. Cùng với sự tăng trưởng kinh tế nói chung, ngành lâm nghiệp cũng có những thay đổi cơ bản. Tài nguyên rừng phong phú và đa dạng của Việt Nam sau một thời gian suy giảm đang được phục hồi. Năm 2003 đạt tỷ lệ che phủ 36,1% diện tích lãnh thổ, trong đó rừng tự nhiên: 10.004.709 ha chiếm 82,7% và rừng trồng: 2.089.809 ha chiếm 17,3%. Tổng trữ lượng gỗ là 782 triệu m3, trong đó rừng tự nhiên: 751,4 triệu m3 chiếm 96% và rừng trồng 30,6 triệu m3 chiếm 4%. Diện tích rừng trồng hàng năm không ngừng tăng lên, từ năm 1999 đến nay tăng bình quân 69.000 ha/năm tương đương 0,9% độ che phủ toàn quốc. Trong đó, có khoảng 8.400.766 nghìn cây tre nứa, hàng năm đưa vào khai thác khoảng 50.000 tấn. (FAO 2003). Trong các dây chuyền chế biến tre luồng việc cắt ngang tre luồng bằng cưa đĩa được sử dụng phổ biến. Cưa đĩa là một trong những thiết bị chủ yếu trong dây chuyền sơ chế và chế biến gỗ. Kể từ khi chiếc máy cưa đĩa đầu tiên trên thế giới được chế tạo vào cuối thể 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. Ở nước ta, đã có nhiều công trình nghiên cứu về cưa đĩa, nhưng chỉ tập trung vào việc khảo nghiệm, đánh giá hiệu quả kinh tế của cưa đĩa trong cắt gọt gỗ. Cắt gọt gỗ đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu từ lâu và đã tương đối hoàn thiện, nhưng nghiên cứu cắt gọt tre còn nhiều hạn chế. Cho đến nay, chưa có nhiều công trình nghiên cứu về cưa tre luồng bằng cưa đĩa. Tỷ suất lực cắt là yếu tố quan trọng trong quá trình cắt gọt, nó là cơ sở để xác định lực cắt và công suất cắt. Đây là một trong những yếu tố quan trọng góp phần để thiết kế và sử dụng cưa một cách hợp lý. Vì vậy, những nghiên cứu về vấn đề này sẽ là cơ sở khoa học để chúng ta tính toán và thiết kế, cũng như sử dụng công cụ một cách hợp lý nhất.
2 Với những lí do trên, được sự đồng ý của Khoa Đào tạo sau Đại học, tôi thực hiện đề tài: "Xác định tỷ suất lực cắt khi cưa ngang tre luồng (Dendrocalamus membra - naceus) bằng cưa đĩa" nhằm góp phần làm cơ sở khoa học cho việc thiết kế cải tiến và lựa chọn chế độ làm việc hợp lý của cưa đĩa trong chế biến tre luồng.
3 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới Quá trình gia công cắt gọt tre luồng về nguyên lý có thể coi như giống với nguyên lý cắt gọt gỗ, vì tre luồng có cấu tạo bó mạch như trong gỗ. Chúng chỉ khác nhau về tính chất cơ lý của vật liệu gia công. Vì vậy, khi nghiên cứu về gia công cắt gọt tre luồng có thể kế thừa và vận dụng những phương pháp và kết quả nghiên cứu về gia công cắt gọt gỗ. Quá trình cưa 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 người có công trong việc xây dựng và phát triển lý thuyết cắt gọt gỗ phải kể đến các bác học Xô Viết như giáo sư I.A. Time, giáo sư P.A. Aphanaxiev, kĩ sư Denpher, giáo sư M.A. Đêsevôi, giáo sư C.A.Voskrexenski, giáo sư A.L. Bersatski,....các nhà bác học Đức như H.Brune, G.Andrews, G.Kolman; Phần Lan như E.Kivima, Mỹ như B. M. Makenji.... Tổng hợp các công trình của các nhà khoa học nêu trên cho thấy rằng các nghiên cứu về cắt gọt gỗ đi theo ba hướng sau: - Hướng thứ nhất: là dùng phương pháp toán cơ để phân tích, nghiên cứu các hiện tượng 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 hướng đi khá khó, đòi hỏi kiến thức rộng, nhiều lĩnh vực rộng, nhưng phù hợp với quá trình gia công gỗ. - Hướng nghiên cứu thứ hai: là xây dựng học thuyết cắt gọt trên cơ sở phân tích các giá trị của các hiện tượng 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, hướng 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 thường rất cao. - Hướng thứ ba: là xây dựng lý thuyết cắt gọt gỗ bằng thực nghiệm, nói cách khác là trên cơ sở các số liệu thu được trong quá trình nghiên cứu, phân
4 tích các cơ sở dữ liệu thu được trong quá tình nghiên cứu, phân tích các hiện tượng 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. Hướng này đơn giản, dễ tiến hành, song thụ động, nhất là trong gia công gỗ nhiều trường 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 hướng khác nhau nhưng tất cả đều nhằm một mục đích là khám phá bức tranh trung thực nhất của quá trình cắt gọt gỗ, đưa 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 bước công nghệ, thiết kế máy và dao cắt 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 lượng này cần thiết làm cơ sở cho việc lựa chọn hình dáng, tính toán kích thước, 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. Tỷ suất lực cắt là một thông số quan trọng, khi xác định được nó thì chúng ta xác định được lực cắt và công suất cắt. Theo đó, tỷ suất lực cắt được định nghĩa như sau: Tỷ suất lực cắt là lực cần thiết để biến một đơn vị diện tích gỗ thành phoi. Trong lý thuyết cắt gọt gỗ, để xác định công cắt người ta đưa 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 nhưng khác nhau về thứ nguyên.
5 Năm 1870, tỷ suất lực cắt lần đầu tiên được giáo sư tiến sỹ I.A. Time xác định cho các trường hợp cắt đơn giản bằng phương pháp thực nghiệm ở trong công trình "Sức bền của thép và gỗ khi cắt" và cũng trong công trình này ông đã chứng minh rằng lực cắt tỷ lệ thuận với tiết diện phoi được hình thành. Giải thích được sự thay đổi kích thước của phoi khi cắt do biến dạng của gỗ. Năm 1886, trong cuốn sách "Công nghệ gia công gỗ bằng cơ học", giáo sư P.A. Aphanasev đã phân tích quá trình tạo phoi khi cắt gỗ, ông cho rằng áp lực lên mặt trước lưỡi cắt tuân theo biểu đồ ứng suất dạng tam giác và khác với kết luận trước đó của giáo sư I.A. Time áp lực lên mặt trước tuân theo biểu đồ hình chữ nhật. Lần đầu tiên vai trò của lực cản ma sát được tính đến trong quá trình cắt gọt. Năm 1894, trong cuốn sách "Công nghệ gia công gỗ bằng cơ học", giáo sư K.A. Zvorưkin bằng phương pháp lý thuyết đã xác định được công thức tính lực cắt với các nhân tố ảnh hưởng chính đến lực cắt, ông đã tiến hành 230 thí nghiệm để minh chứng cho kết luận rằng tỷ suất lực cắt là một đại lượng thay đổi và giảm so với sự tăng chiều dày lớp phoi tạo thành Năm 1934, giáo sư M.A. Desevoi 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 chưa có công trình nghiên cứu tương tự nào ra đời. Tỷ suất lực cắt khi cưa ngang và xẻ dọc gỗ bằng cưa đĩa đã được 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. Tỷ suất lực cắt khi bóc gỗ bằng máy bóc dạng đĩa được N.C. Drozđov nghiên cứu xác định bằng thực nghiệm năm 1958 phụ thuộc vào đường kính gỗ.
6 Tỷ suất lực cắt khi bóc gỗ bằng máy bóc gỗ dạng roto được I.V. Vorobiev nghiên cứu xác định, kết quả nghiên cứu cho thấy rằng tỷ suất lực cắt phụ thuộc vào loại gỗ và chiều rộng đoạn vỏ được bóc. Tỷ suất lực cắt khi bóc vỏ gỗ theo nguyên lý phay dọc được M.N Ximonov xác định bằng thực nghiệm năm 1963. Tỷ suất lực cắt khi cưa ngang gỗ thông khô ở độ ẩm thăng bằng W=15% bằng cưa xích được bộ môn cơ giới hóa khai thác gỗ Học viện kỹ thuật Lâm nghiệp Leningrat nghiên cứu. Kết quả cho thấy rằng tỷ suất lực cắt phụ thuộc vào lượng ăn dao, chiều rộng mạch cắt, độ ẩm của gỗ, độ sắc của cưa... 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, với 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 do giáo sư A.L. Besatski, C.A. Vơtcrexensiki, E.G. Ivannopski đã thực hiện. 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 khi cưa gỗ được xác định thông qua công thức lý thuyết. Nguyên lý cấu tạo, tính năng công nghệ của máy chế biến gỗ nói chung của các máy cưa đĩa nói riêng đã được các giáo sư nổi tiếng F.M.Manjot, N.V.Makovski nghiên cứu sâu rộng. Nghiên cứu khả năng làm việc của các loại lưỡi cưa đĩa trên thế giới do các nhà khoa học thực hiện như N.M. Stakhiev đã tạo lập cơ sở khoa học nâng cao chất lượng gia công và độ bền công cụ cắt. Ở một số nước công nghiệp phát triển, gia công gỗ bằng cơ học cũng đã được nghiên cứu, tiêu biểu như các công trình nghiên cứu của các tác giả sau: - Hjorth.H, Máy gia công gỗ. Bruxen, 1937.
7 - 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 trưng 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; 0,005; 0,010; 0,015; 0,020; 0,025 và 0,030 inch), 6 góc cắt trước (50, 100, 150, 200, 250 và 300). Ông đã đưa ra một số kết luận quan trọng sau: - Quá trình cắt gọt được đặc trưng bởi ba dạng cắt gọt cơ bản. - Các công cụ hình thành tương 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 dao cắt. - Việc hình thành phoi độc lập với vận tốc cắt. - Góc trước và chiều dày vết cắt ảnh hưởng đến việc hình thành phoi. - Các lực ma sát phụ thuộc vào loại gỗ và độ ẩm của gỗ nhưng 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 tương đối độc lập với góc trước và chiều dày phoi. Tuy nhiên, chúng ta chưa có nhiều những nghiên cứu chuyên sâu và những thông tin một cách hệ thống những nghiên cứu về cắt gọt gỗ ở những nước có nền công nghiệp phát triển.
8 1.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam Do nhiều nguyên nhân khác nhau cho nên nghiên cứu cơ bản về gia công gỗ bằng cơ học ở nước ta chưa nhiều, mới chỉ có một số nghiên cứu của các tác giả: TS. Hoàng Nguyên và 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";...Các tác giả đã xác định tỷ suất lực cắt của một số loại gỗ Việt Nam, như Sến, Lim, Sau sau khi cắt ngang và gỗ Sến khi xẻ dọc. Do đó, mà các công trình nghiên cứu vẫn còn hạn chế về số lượng cũng như về chất lượng. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường năm 2010: "Xác định tỷ suất lực cắt khi cưa gỗ keo lá tràm (Acacia Auriculiformics Cunn) bằng cưa xích" của ThS Phạm Văn Lý đã xác định được tỷ suất lực cắt khi cưa gỗ keo lá tràm bằng cưa xích, trên cơ sở đó xây dựng được phương trình dạng mũ để tính lực cắt và công suất cắt. 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 - 6", 2007 của ThS Phạm Văn Quảng đã đánh giá được mức độ ảnh hưởng của một số nhân tố đến tỷ suất lực cắt và chất lượng sản phẩm khi xẻ gỗ keo tai tượng. Đề tài "Xác định tỷ suất lực cắt khi xẻ gỗ Keo tai tượng (Acacia mangium) bằng cưa đĩa", 6/2011 của ThS Nguyễn Anh Tuấn đã xác định được tỷ suất lực cắt khi xẻ gỗ keo tai tượng bằng cưa đĩa và đánh giá được mức độ ảnh hưởng của các yếu tố ảnh hưởng đến tỷ suất lực cắt khi xẻ gỗ Keo tai tượng. Nghiên cứu cắt gọt tre luồng ở nước ta còn rất hạn chế, tác giả Hoàng Nguyên trong công trình [14], [15] đã đưa ra công thức tổng quát tính lực cắt tre luồng ở ba dạng cắt cơ bản bằng lưỡi cắt đơn giản, nhưng trong công thức tác giả đã nêu còn một số hệ số chưa được đề cập như: các hệ số về thông số góc của lưỡi cắt, hệ số về tính chất cơ học của tre luồng, nên khi sử dụng công
9 thức này trong tính toán thiết kế công cụ cắt gọt tre còn chưa đủ độ tin cậy. Trong thực tế quá trình cắt đều thực hiện ở dạng cắt phức tạp, nhưng các nghiên cứu về quá trình cắt phức tạp tre luồng bằng các dạng răng cắt tổ hợp lại chưa được đề cập. Nhận xét: - Những nghiên cứu về tỷ suất lực cắt đã được các nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu khá hoàn chỉnh và có hệ thống. Song nghiên cứu vấn đề trên trong cắt gọt tre luồng hầu như chưa có. Vì vậy, những nghiên cứu trên là những tài liệu khoa học giá trị để tham khảo, kế thừa trong quá trình nghiên cứu đề tài này. - Ở Việt Nam, nghiên cứu cắt gọt gỗ còn quá ít. Vì vậy, muốn thiết kế, cải tiến và sử dụng hợp lý công cụ cắt gọt gỗ để phù hợp với các loại gỗ Việt Nam thì cần phải có những nghiên cứu cơ bản và hệ thống hơn. Nhất là trong giai đoạn hiện nay, việc sử dụng lâm sản ngoài gỗ (đặc biệt là tre luồng) ngày càng phát triển, đòi hỏi cần phải có những công trình nghiên cứu về gia công cắt gọt lâm sản ngoài gỗ làm cơ sở khoa học cho việc thiết kế, chế tạo thiết bị và lựa chọn chế độ công nghệ cắt ngang tre luồng bằng cưa đĩa. - Từ những phân tích trên cho thấy việc tiến hành nghiên cứu đề tài “Xác định tỷ suất lực cắt khi cưa ngang tre luồng (Dendrocalamus membra - naceus) bằng cưa đĩa„ là có ý nghĩa thực tiễn và thực sự cần thiết. - Có thể vận dụng phương pháp và các kết quả nghiên cứu về gia công cắt gọt gỗ để tiến hành nghiên cứu về gia công cắt gọt tre luồng.
10 Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Mục tiêu nghiên cứu Xác định tỷ suất lực cắt khi cưa ngang tre luồng (Dendrocalamus membra - naceus) bằng cưa đĩa nhằm góp phần tạo cơ sở khoa học để thiết kế, chế tạo và sử dụng cưa đĩa một cách hợp lý trong gia công cắt gọt tre luồng. 2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đề tài lựa chọn hai loại đĩa cưa đó là đĩa cưa có bước răng tiêu chuẩn, răng cưa là răng cắt ngang và răng cưa gắn hợp kim. - Đề tài chọn tre luồng có chu kỳ khai thác 4 năm tuổi làm đối tượng nghiên cứu. Tre luồng sử dụng trong nghiên cứu là luồng Dendrocalamus membra- naceus trồng tại Lương Sơn – Hoà Bình. 2.2.1. Khái quát chung về tre luồng (Dendrocalamus membra – naceus) 2.2.1.1. Cấu tạo của tre luồng Cũng như gỗ, tre luồng là một loại thực vật vì thế tính chất cơ, lý của nó phụ thuộc rất lớn vào cấu tạo. Do đó, ta cần nghiên cứu đặc điểm cấu tạo của nó. * Cấu tạo thô của tre luồng Xét về cấu tạo thô tre luồng có thể chia ra làm ba bộ phận chính: thân ngầm, thân cây và cành lá. - Thân ngầm: Là phần sống dưới mặt đất, thường thân bò dài phát triển thành mạng lưới hay có thể chỉ có mấy đốt ngắn ở gốc. Ở các đốt thân ngầm có rễ và chồi. Chồi mọc lên thành cây tre hay thành thân ngầm mới. Cấu tạo của thân ngầm về cơ bản cũng giống như thân trên mặt đất. Nhưng do chức năng và điều kiện sống của nó nên thân ngầm có những đặc
11 điểm nổi bật: ruột bé hay đặc hoàn toàn. Trên thân ngầm có vòng mo, chồi. Các bộ phận này thường có màu trắng ngà. - Thân cây: Thân thường tròn, ở đoạn gốc thân có hình bầu dục, có nhiều lóng, độ dài của lóng từ gốc đến ngọn không giống nhau. Nói chung lóng ở đoạn giữa thân dài hơn các đoạn lóng ở đoạn gốc và ngọn. Trong ruột lóng rộng. Phần tiếp giáp giữa các đốt là mắt. Mắt gồm các bộ phận: Một vòng thân nằm phía trên gọi là vòng rễ, vòng dưới là chỗ đính của mo nang gọi là vòng mo. Giữa hai vòng mo là vòng đốt, bên trong ruột có màng ngăn cách giữa hai lòng. Tuỳ thuộc vào đặc tính mỗi loài mà màng ngăn thường phẳng, lồi lên hay lõm xuống, kín hoặc thủng lỗ, ở mỗi phía đốt có màng chồi thường gọi là mắt. Chồi thân là nơi phát triển thành cánh. - Cành lá: + Cành có cấu tạo như thân: Cành phát triển từ chồi thân gọi là cành chính. Cành ở giữa thường lớn hơn và dài hơn những cành bên. Tuỳ theo đặc điểm của mỗi loài, chồi thân có từ (1-3) hoặc nhiều cành chính. + Lá: Các loại cây trong họ phụ Bambuseue thường có hai loại lá: Một loại chuyên dùng làm nhiệm vụ bảo vệ thân non gọi là mo nang, một loại chuyên dùng làm nhiệm vụ quang hợp tạo nên chất hữu cơ nuôi cây gọi là lá quang hợp. + Măng: Các đốt thân ngầm sinh chồi, nếu chồi phát triển thành cây mới, chồi đó gọi là măng. * Cấu tạo tinh của tre luồng - Thân tre luồng do thành tre bao bọc. Độ dày thành giảm dần theo độ cao thân cây. Theo tuổi, bề dày thành tăng dần vào phía trong. - Thành tre luồng chia thành ba phần: Biểu bì, thịt và màng lụa. + Biểu bì: Là lớp ngoài cùng, bề mặt trơn bóng, chứa nhiều diệp lục tố nên có màu xanh, khi cây già thường chuyển thành màu vàng. Trên thân cây có những bộ phận tiếp xúc nhiều với ánh sáng mặt trời. Khi cường độ chiếu
12 sáng mạnh thì quá trình chuyển hoá từ màu xanh sang màu vàng cũng sớm hơn. Lớp biểu bì cứng, chắc và giòn. Sự thay đổi màu xanh biểu bì cũng là yếu tố gián tiếp dự đoán tuổi tre luồng (non, bánh tẻ hay già). + Phần thịt tre luồng: Bao gồm nhiều bó mạch và tổ chức mô mềm. Căn cứ vào kích thước, sự sắp xếp và mật độ bó mạch có thể chia thành hai phần: Cật: Là phần tiếp xúc với biểu bì, các bó mạch nhỏ, nhiều, xếp sít nhau, do đó cật tre cứng, chắc. Đi sâu vào trong các bó mạch to, ít, xếp thưa dần. Ruột: Bó mạch rất lớn, gấp (2-3) lần kích thước bó mạch ở phần cật. Hai phần libe và gỗ tách rời nhau ra, mật độ rất thưa, chủ yếu là mô mềm nên phần này xốp nhẹ. + Màng lụa: Là lớp trong cùng, tiếp giáp với khoảng trống của lóng. Màng lụa mỏng, màu trắng. Bó mạch bao gồm hai phần: Libe và gỗ. Libe ở ngoài, gỗ ở trong. Giữa libe và gỗ không có tầng phát sinh (mô phân sinh thứ cấp). Do đó tre luồng không lớn lên về đường kính. - Mỗi bó mạch gồm các thành phần: + Phần libe: có mạch rây và tế bào mô mềm, bao quanh phần này là sợi rất dày. + Phần gỗ: gồm có mạch gỗ, quản bào, bao quanh là sợi. Sợi: Là những tế bào có kích thước bé nhất nhưng ruột gần như bịt kín hoàn toàn, vách rất dày và giữ chức năng cơ học của thân cây. Xét về khía cạnh cắt gọt thì nó đóng vai trò rất lớn trong quá trình cắt. Các bó mạch nằm rải rác trên nền cơ bản là mô mềm. Mạch, quản bào làm nhiệm vụ dẫn truyền nhựa nguyên. Sợi làm nhiệm vụ chịu tải và đảm bảo độ cứng vững của thân cây - Mô mềm dự trữ dinh dưỡng
13 - Về tỷ lệ thể tích các loại tế bào: Tế bào mạch chiếm trung bình từ (4- 5)%. Tế bào sợi chiếm tỷ lệ từ (30-50)%, còn lại là các tế bào khác. - Về kích thước tế bào mạch: Tế bào mạch chiếm trung bình từ (700- 800)µ, đường kính trung bình là 700µ. Tế bào sợi: chiều dài trung bình là 2500µ, đường kính trung bình là 13µ. - Sự phân bố bó mạch trên mặt cắt ngang của thân cây và chiều cao cây có tính quy luật. Trên mặt cắt ngang của thành từ cật vào ruột: Kích thước bó mạch tăng dần, còn mật độ giảm dần. Theo tài liệu nghiên cứu của I.K.Penski nếu chia mặt cắt ngang thành tre thành 4 phần bằng nhau và kể từ ruột ra cật thì số lượng bó mạch ở phần I chiếm 11% tổng số. Phần II chiếm 54%. - Tế bào sợi là một phần của bó mạch, nó quyết định tính chất cơ học của tre luồng. Theo kết quả nghiên cứu của X.I.Vanhin: Tỉ lệ tế bào một sợi phần giáp biểu bì lớn gấp 3 lần ở phần giáp màng lụa. Vấn đề này có quan hệ đến tính chất của tre luồng. - Tính chất của tre luồng phụ thuộc vào số lượng bó mạch và tỉ lệ tế bào sợi. Căn cứ vào cấu tạo thành phần tre luồng ở các vị trí khác nhau theo hướng từ ngoài vào trong có thể phân biệt được tính chất cơ lý của nó. Theo tài liệu nghiên cứu của V.L.Avaghianhi: Ứng suất trượt dọc thở ở phần thành tre giáp biểu bì lớn hơn (4-4,5) lần ở phần thành tre giáp màng lụa. - Về phân bố bó mạch theo thân cây: Kích thước bó mạch giảm dần nhưng mật độ tăng lên, theo tài liệu của D.K.Antônop loại tre MOCO là mật độ bó mạch ở ngọn lớn hơn 1,6 lần so với gốc, còn tre Magake là 2 lần. Theo tài liệu nghiên cứu của Bộ môn Gỗ - Trường Đại học lâm nghiệp, loại tre gai (tre hoá, tre nhà) ở Chí Linh - Hải Dương ở độ cao 1,5m và 7,5m mật độ bó mạch là 284 - 296 bó/cm2. Sự phân bố này liên quan chặt chẽ đến tính chất cơ lý của nó theo độ cao. - Qua nghiên cứu về cấu tạo của tre luồng, so sánh với gỗ về một số chỉ tiêu về cấu tạo cho phép ta rút ra một số kết luận sau đây: