Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Xác định tỷ suất lực cắt khi xẻ gỗ Keo tai tượng (Acacia mangium) bằng cưa đĩa

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:87

Thêm vào BST

Báo xấu

19
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của luận văn nhằm sử dụng cưa đĩa có hiệu quả khi xẻ gỗ Keo tai tượng; đề tài làm hoàn thiện thêm hệ thống nghiên cứu về tỷ suất lực cắt và là tài liệu tham khảo phục vụ cho các nghiên cứu về sau. 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 xẻ gỗ Keo tai tượng (Acacia mangium) bằng cưa đĩa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP --------------------------- NGUYỄN ANH TUẤN XÁC ĐỊNH TỶ SUẤT LỰC CẮT KHI XẺ GỖ KEO TAI TƢỢNG (ACACIA MANGIUM) BẰNG CƢA ĐĨA 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 ----------------------- NGUYỄN ANH TUẤN XÁC ĐỊNH TỶ SUẤT LỰC CẮT KHI XẺ GỖ KEO TAI TƢỢNG (ACACIA MANGIUM) BẰNG CƢA ĐĨA 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 Sau thời gian làm việc khẩn trƣơng, 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 ngƣời đã giúp đỡ tôi trong thời gian qua. Xin cảm ơn thầy giáo hƣớng 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 trƣờng Đại học Lâm nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện đề tài; Trƣờng 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 đƣợc tính toán chính xác, trung thực và chƣa có tác giả nào công bố. Những nội dung tham khảo, trích dẫn trong luận văn đều đƣợc chỉ dẫn nguồn gốc. Hà Nội, tháng 6 năm 2011 Tác giả Nguyễn Anh Tuấn
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 trên thế giới ............................................................. 3 1.2. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc ............................................................... 7 Chƣơng 2 ............................................................................................................... 9 MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................................................................. 9 2.1. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ................................................................... 9 2.2. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu của đề tài.................................................. 9 2.3. Nội dung nghiên cứu................................................................................... 9 2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................ 9 Chƣơng 3 ............................................................................................................. 12 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI ....................................................................... 12 3.1. Khái quát cấu tạo máy cƣa đĩa và đĩa cƣa ................................................ 12 3.1.1. Cấu tạo chung ................................................................................................ 12 3.1.2. Nguyên lý hoạt động của lưỡi cưa đĩa ......................................................... 15 3.1.3. Chi phí năng lượng của quá trình xẻ ........................................................... 17 3.2. Nguyên lý cắt gọt của cƣa đĩa................................................................... 17 3.2.1. Lực tác dụng lên mũi cắt Pm, Qm .................................................................. 19 3.2.2. Lực tác dụng lên mặt sau của răng cưa Ps, Qs .......................................... 21 3.2.3. Lực tác dụng lên mặt trước của răng cưa Pt, Qt ........................................ 23 3.2.4. Lực tác dụng lên cạnh bên của răng cưa Pc, Qc ........................................ 25 2.2.5. Lực ma sát giữa thành bên ván xẻ và mặt bên của răng cưa Pr ............... 26 3.2.6. Lực ma sát của phoi trong hầu cưa lên thành bên của ván xẻ Pp ............ 26 3.2.7. Lực ma sát của phoi trong khoảng khe hở giữa thành bên ván xẻ bản cưa Pb, Qb ................................................................................................................ 33
iii 3.3. Những nhân tố ảnh hƣởng đến tỷ suất lực cắt .......................................... 33 3.3.1. Khái niệm về tỷ suất lực cắt .......................................................................... 33 3.3.2. Những nhân tố ảnh hưởng đên tỷ suất lực cắt ............................................ 35 3.4. Đặc điểm cấu tạo, tính chất cơ lý và công dụng của gỗ Keo tai tƣợng (Acacia mangium)............................................................................................ 39 3.4.1. Một số tính chất vật lý chủ yếu ..................................................................... 40 3.4.2. Một số tính chất cơ học chủ yếu ................................................................... 41 Chƣơng 4 ............................................................................................................. 42 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ................................................................................. 42 4.1. Xây dựng mô hình thí nghiệm .................................................................. 42 4.2. Chuẩn bị mẫu thí nghiệm .......................................................................... 45 4.2.1. Chuẩn bị gỗ .................................................................................................... 45 4.2.2. Xác định độ ẩm của gỗ .................................................................................. 45 4.2.3. Phân loại gỗ theo độ ẩm ............................................................................... 48 4.3. Phƣơng pháp đo và thu thập số liệu .......................................................... 48 4.3.1. Xác định công suất cắt .................................................................................. 48 4.3.2. Xác định tỷ suất lực cắt ................................................................................. 49 4.4. Phƣơng pháp xử lý số liệu ........................................................................ 49 4.5. Kết quả nghiên cứu ................................................................................... 50 4.5.1. Tổng hợp các giá trị tỷ suất lực cắt khi độ ẩm thay đổi ............................. 50 4.5.2. Tổng hợp các giá trị tỷ suất lực cắt khi góc cắt thay đổi .......................... 54 4.5.3. Tổng hợp các giá trị tỷ suất lực cắt khi thời gian thay đổi ........................ 57 4.5.4. Hệ số tương quan giữa tỷ suất lực cắt và các thông số ảnh hưởng .......... 60 Chƣơng 5 ............................................................................................................. 63 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................. 63 5.1. Kết luận ..................................................................................................... 63 5.2. Kiến nghị................................................................................................... 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 66 PHỤ LỤC
iv DANH MỤC HÌNH TT Tên hình Trang 3.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy cƣa đĩa 13 3.2 Dạng tiết diện ngang của lƣỡi cƣa 14 3.3 Dạng răng cƣa xẻ dọc 15 3.4 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của cƣa đĩa 15 3.5 Sơ đồ tổng quát lực trong trƣờng hợp cắt kín 18 3.6 Sơ đồ lực tác dụng lên mũi dao cắt 19 3.7 Lực tác dụng lên mặt sau của dao 21 3.8 Lực tác dụng lên mặt trƣớc của dao cắt 23 3.9 Lực tác dụng lên cạnh bên của răng cƣa 25 3.10 Sơ đồ xác định lực ma sát mặt bên răng cƣa 27 3.11 Sơ đồ xét lực ma sát của phoi trong giai đoạn đầu 28 3.12 Sơ đồ xác định lực tác dụng của phoi ở hầu cƣa 30 3.13 Sơ đồ quá trình làm việc của răng cƣa 34 4.1 Bộ thí nghiệm xác định tỷ suất lực cắt 42 4.2 Đồng hồ đo tốc độ HT-3100 44 4.3 Gỗ Keo tai tƣợng đƣợc xẻ hộp sử dụng làm thí nghiệm 45 4.4 Cân điện tử 46 4.5 Tủ sấy Memmert 46 4.6 Túi mẫu gỗ Keo tai tƣợng để xác định độ ẩm 47 4.7 Biểu đồ tƣơng quan K/W 53 4.8 Biểu đồ tƣơng quan K/δ 57 4.9 Biểu đồ tƣơng quan K/T 60
v DANH MỤC BẢNG TT Tên bảng Trang 3.1 Bảng thông số kỹ thuật của cƣa đĩa 12 4.1 Thông số của đồng hồ đo HT-3100 44 4.2 Tổng hợp các giá trị tỷ suất lực căt 50 4.3 Bảng tính hệ số tƣơng quan (r) giữa độ ẩm (W) và tỷ suất 51 lực cắt (K) và các tham số của phƣơng trình hồi quy a và b 4.5 Kết quả tính K lý luận 53 4.6 Tổng hợp các giá trị tỷ suất lực cắt khi góc cắt thay đổi 54 4.7 Bảng tính hệ số tƣơng quan (r) giữa góc cắt δ (rad) và tỷ 54 suất lực cắt (K) và các tham số của phƣơng trình hồi quy a và b 4.8 Bảng tính trị số lý luận K 56 4.9 Bảng tổng hợp tỷ suất lực cắt khi thời gian thay đổi 57 4.10 Bảng tính hệ số tƣơng quan (r) giữa thời gian (T) và tỷ suất 58 lực cắt (K) và các tham số của phƣơng trình hồi quy a và b 4.11 Bảng tính trị số lý luận K 59 4.12 Tổng hợp các giá trị của aδ 61 4.13 Tổng hợp các giá trị của aw 61 4.14 Tổng hợp các giá trị của at 61 5.1 Hệ số điều chình ac khi thay đổi lƣợng ăn dao 64 5.2 Hệ số điều chỉnh aw khi độ ẩm thay đổi độ ẩm 64 5.3 Hệ số điều chỉnh at khi thay đổi thời gian làm việc 64
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Theo tính toán của "Dự thảo chiến lược phát triển lâm nghiệp quốc gia năm 2006 - 2010 " từ 2010 - 2015 mỗi năm nƣớc ta phải nhập khẩu khoảng 4 triệu m3; từ năm 2015 - 2020 mỗi năm nhập khẩu khoảng 3 triệu m3. Chính vì vậy, để phát triển bền vững ngành chế biến lâm sản, đạt chỉ tiêu xuất khẩu 2,1 tỷ USD vào năm 2020 cần phải tăng năng lực sản xuất lâm nghiệp để duy trì trung bình 70÷80% khả năng tự cung cấp nguyên liệu gỗ từ rừng trồng và rừng tự nhiên đƣợc quản lý bề vững. 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%. Cùng với sự phát triển nhanh của ngành chế biến, đời sống kinh tế của nhân dân tăng nhanh làm cho nhu cầu về gỗ ngày càng cao. 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. Cƣa đĩa là một trong những thiết bị chủ yếu trong dây chuyền sơ chế và chế biến gỗ. Kể từ khi chiếc máy cƣa đĩa đầu tiên trên thế giới đƣợc chế tạo
2 vào cuối thể kỷ XV cho đến nay, đã có hàng triệu máy cƣa đĩa ra đời với các cải tiến khác nhau và đang đƣợc sử dụng rộng rãi trong các xƣởng sơ chế gỗ cũng nhƣ các xƣởng chế biến gỗ với các quy mô khác nhau. Ở nƣớc ta, máy cƣa đĩa là loại thiết bị gia công gỗ rất quen thuộc, chúng đƣợc nhập khẩu từ nhiều nƣớc khác nhau trên thế giới cho nên máy cƣa đĩa rất đa dạng về chủng loại. Những năm gần đây, một số cơ sở chế tạo máy lâm nghiệp, các xƣởng cơ khí chế tạo thành công một số loại cƣa đĩa nhƣng những thƣơng hiệu cƣa đĩa Việt Nam chƣa chính thức vì hầu hết những máy có trên thị trƣờng đều dựa trên thiết kế mẫu của máy nhập nội. Để có thể thiết kế mới, thiết kế cải tiến và sử dụng hợp lý máy cƣa đĩa cần phải nghiên cứu một cách nghiêm túc, khoa học. 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 tại Việt Nam. 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 cƣa một cách hợp lý. Do đó, chúng ta cần phải có nhiều công trình nghiên cứu và hệ thống hơn áp dụng với nhiều loại gỗ hơn, nhất là trong giai đoạn hiện nay khi mà gỗ rừng tự nhiên đang ngày một cạn kiệt, gỗ rừng trồng đang là nguồn cung cấp gỗ và lâm sản chính cho nhu cầu của con ngƣời và của xã hội. Vì vậy những nghiên cứu này sẽ là cơ sở khoa học để chúng ta tính toán và thiết kế, cũng nhƣ sử dụng công cụ một cách hợp lý nhất. Với những lí do trên, đƣợc sự đồng ý của Khoa Đào tạo sau đại học, tôi thực hiện đề tài: "Xác định tỷ suất lực cắt khi xẻ gỗ Keo tai tượng (Acacia mangium) bằng cưa đĩa"
3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tình hình nghiên cứu 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,....các nhà bác học Đức nhƣ H.Brune, G.Andrews, G.Kolman; Phần Lan nhƣ E.Kivima, Mỹ nhƣ B. M. Makenji. 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 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
4 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. 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. Theo đó, tỷ 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. Trong lý thuyết cắt gọt gỗ, 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 nhƣng khác nhau về thứ nguyên. Năm 1870, tỷ suất lực cắt lần đầu tiên đƣợc giáo sƣ tiến sỹ I.A. Time xác định cho các trƣờng hợp cắt đơn giản bằng phƣơng 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 đƣợc hình thành và chiều dầy của nhát cắt đến công cắt khác nhau. Giải thích đƣợc sự thay đổi kích thƣớc của phoi khi cắt do biến dạng của gỗ.
5 Năm 1886, trong cuốn sách "Công nghệ gia công gỗ bằng cơ học", giáo sƣ P.A. Aphanasev đã phân tích quá trình tạo phoi khi cắt gỗ, ông cho rằng áp lực lên mặt trƣớc lƣỡi cắt tuân theo biểu đồ ứng suất dạng tam giác và khác với kết luận trƣớc đó của giáo sƣ I.A. Time áp lực lên mặt trƣớc tuân theo biểu đồ hình chữ nhật. Lần đầu tiên vai trò của lực cản ma sát đƣợc tính đến trong quá trình cắt gọt. Năm 1894, trong cuốn sách "Công nghệ gia công gỗ bằng cơ học", giáo sƣ K.A. Zvorƣkin bằng phƣơng pháp lý thuyết đã xác định đƣợc công thức tính lực cắt với các nhân tố ảnh hƣởng 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 lƣợng thay đổi và giảm so với sự tăng chiều dày lớp phoi tạo thành Năm 1934, giáo sƣ 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 chƣa có công trình nghiên cứu tƣơng tự nào ra đời. Tỷ suất lực cắt khi cƣa ngang và xẻ dọc gỗ bằng cƣa đĩa đã đƣợc tiến sĩ A.L.Bersatski xác định bằng công thức thực nghiệm và tìm ra đồ thị phụ thuộc giữa bề rộng mạch cƣa và lƣợng ăn gỗ của một răng cƣa năm 1956. Tỷ suất lực cắt khi bóc gỗ bằng máy bóc dạng đĩa đƣợc N.C. Drosđov nghiên cứu xác định bằng thực nghiệm năm 1958 phụ thuộc vào đƣờng kính gỗ. Tỷ suất lực cắt khi bóc gỗ bằng máy bóc gỗ dạng roto đƣợc 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 đƣợc bóc. Tỷ suất lực cắt khi bóc vỏ gỗ theo nguyên lý phay dọc đƣợc M.N Ximonov xác định bằng thực nghiệm năm 1963. Tỷ suất lực cắt khi cƣa ngang gỗ thông khô ở độ ẩm thăng bằng W=15% bằng cƣa xích đƣợc bộ môn cơ giới hóa khai thác gỗ Học viện kỹ
6 thuật Lâm nghiệp Leningrat nghiên cứu. Kết quả cho thấy rằng tỷ suất lực cắt phụ thuộc vào lƣợng ăn dao, chiều rộng mạch cắt, độ ẩm của gỗ, độ sắc của cƣa... Nghiên cứu quá trình cắt gỗ theo hƣớng kết hợp lý thuyết và thực nghiệm đã đƣợc các nhà khoa học Mỹ tiến hành nhƣ C.Fraz, với kết luận quan trọng về sự tạo phoi, các yếu tố ảnh hƣởng tới lực cắt. Vào thập kỷ 70 của thế kỷ XX, lý thuyết cắt gọt gỗ ngày càng đƣợc hoàn chỉnh hơn với những công trình nghiên cứu mới về cắt gọt của giáo sƣ A.L. Besatski, C.A. Vơtcrexensiki, E.G. Ivannopski 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 đƣợc 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 cƣa đĩa nói riêng đã đƣợc các giáo sƣ nổi tiếng F.M.Manjot, N.V.Makovski nghiên cứu sâu rộng. Nghiên cứu khả năng làm việc của các loại lƣỡi cƣa đĩa trên thế giới do các nhà khoa học thực hiện nhƣ N.M. Stakhiev đã tạo lập cơ sở khoa học nâng cao chất lƣợng gia công và độ bền công cụ cắt. 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
7 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 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. 1.2. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc Do nhiều nguyên nhân khác nhau cho nên nghiên cứu cơ bản về gia công gỗ bằng cơ học ở nƣớc ta chƣa nhiều, mới chỉ có một số nghiên cứu của các tác giả: TS. Hoàng Nguyên và Nguyễn Văn Minh, nhƣ "Gia công cắt gọt gỗ Việt Nam"; Nguyễn Văn Mình 1956 "Nghiên cứu ảnh hƣởng của một số yếu tố đến lực và độ tù của răng khi xẻ gỗ Việt Nam bằng cƣa sọc";...Các tác giả đã xác định tỷ suất lực cắt của một số loại gỗ Việt Nam, nhƣ Sến, Lim, Sau sau, khi cắt gỗ ngang và gỗ Sến khi xẻ dọc. Do đó, mà các công trình nghiên cứu vẫn còn hạn chế về số lƣợng cũng nhƣ về chất lƣợng.
8 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trƣờng 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 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. 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 đƣợc mức độ ảnh hƣởng của các nhân tố đến tỷ suất lực cắt và chất lƣợng sản phẩm khi xẻ gỗ keo tai tƣợng. Nhận xét: - Những nghiên cứu về tỷ suất lực cắt đã đƣợc các nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu hoàn chỉnh và có hệ thống. Những nghiên cứu này là những tài liệu khoa học giá trị để chúng tôi 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, khi mà gỗ rừng tự nhiên đang ngày một cạn kiệt, rừng trồng đang đóng vai trò chủ yếu trong việc cung cấp gỗ và lâm sản ngoài gỗ cho xã hội. Vì vậy, cần phải có những công trình nghiên cứu áp dụng cho cắt gọt gỗ rừng trồng để hoàn thiện hơn cơ sở lý thuyết về gia công gỗ Việt Nam.
9 Chƣơng 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Đề tài đƣợc thực hiện nhằm sử dụng cƣa đĩa có hiệu quả khi xẻ gỗ Keo tai tƣợng; đề tài làm hoàn thiện thêm hệ thống nghiên cứu về tỷ suất lực cắt và là tài liệu tham khảo phục vụ cho các nghiên cứu về sau. 2.2. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu của đề tài Máy cƣa đĩa tại trung tâm công nghiệp rừng, trƣờng Đại học lâm nghiệp, Xuân Mai, Hà Nội. Lƣỡi cƣa đĩa có đƣờng kính 350mm. Gỗ keo tai tƣợng đƣợc chọn có độ tuổi từ 7-10 năm, trồng tại khu vực trƣờng Đại học Lâm nghiệp, Xuân Mai, Chƣơng Mĩ, Hà Nội. Địa điểm tiến hành thí nghiệm tại trung tâm thí nghiệm thực hành Khoa Cơ điện và Công trình. 2.3. Nội dung nghiên cứu - Thiết kế thi công bộ thí nghiệm để làm thí nghiệm xác định tỷ suất lực cắt khi xẻ gỗ bằng cƣa đĩa. - Xác định tỷ suất lực cắt khi xẻ gỗ keo ở các điều kiện khác nhau nhƣ độ ẩm, lƣợng ăn dao, thời gian làm việc. - Xây dựng hệ thống bảng biểu, biểu đồ tƣơng quan giữa tỷ suất lực cắt và các yếu tố ảnh hƣởng, thành lập đƣợc phƣơng trình dạng mũ tiện ích cho việc tra cứu khi xác định tỷ suất lực cắt, lực cắt, công suất cắt. 2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu Nhằm giảm bớt chi phí thời gian cho việc nghiên cứu mà vẫn đảm bảo độ tin cậy của đề tài, cần có phƣơng pháp nghiên cứu phù hợp. Hiện nay, nghiên cứu khoa học nói chung có thể chia thành các nhóm sau: - Nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng. - Nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm.
10 Theo đó, nghiên cứu cơ bản có mục đích phát hiện ra tính quy luật mà cho đến trƣớc đó chƣa biết trong thiên nhiên. Vì thế, thông thƣờng phải nhiều lần thực hiện mới đạt đƣợc một phát minh khoa học mới. Nghiên cứu ứng dụng là pha tiếp theo của nghiên cứu cơ bản. Thông thƣờng qua chúng để thu nhận các hiểu biết mới hoặc vận dụng các kiến thức đã có vào thực tiễn sản xuất. Trong thời đại ngày nay, nghiên cứu ứng dụng là phần đáng kể hơn trong quá trình chung của sáng tạo ra kỹ thuật mới. Nó là có sở để tiếp nhận tƣ liệu, tƣ tƣởng, mẫu và những cái khác đƣợc đƣa ra. Thông qua chúng, các đối tƣợng máy móc, qui trình công nghệ mới đƣợc đƣa vào thiết kế và đề xuất. Bởi thế, phần lớn các nghiên cứu kỹ thuật theo bản chất của chúng là nghiên cứu ứng dụng. Nghiên cứu lý thuyết có mục đích thiết lập một hệ thống quan điểm nào đó, thông qua việc đƣa ra những quy luật mới. Nghiên cứu lý thuyết đƣợc sử dụng thích hợp nhất khi nghiên cứu các đối tƣợng và hệ thống mà trong đó có thể phân chia rõ ràng các hiện tƣợng và các quá trình có cùng bản chất vật lý. Mục đích của nghiên cứu thực nghiệm là tiếp nhận những sự kiện mới, kiến thức khoa học và số liệu thông qua tổ chức thực nghệm bằng cách quan sát đối tƣợng của nhà nghiên cứu. Khi nghiên cứu các hệ thống phức tạp mà ở đó diễn ra các hiện tƣợng và quá trình với bản chất khác nhau thì thích hợp hơn là dùng phƣơng pháp thực nghiệm kết hợp với lý thuyết tƣơng ứng. Thực tế trong hoạt động khoa học đã chứng minh rằng càng ngày chúng ta càng thâm nhập sâu và nhiều lĩnh vực khoa học và công nghệ khác nhau. Đối tƣợng nghiên cứu ngày càng đa dạng hơn, chúng trở thành những hệ thống cồng kềnh với tập hợp lớn các yếu tố ảnh hƣởng và chi tiêu đánh giá. Mối liên hệ giữa các phần trong hệ thống ngày càng không thể mô tả một cách hoàn hảo bằng các hàm lý thuyết. Trong đa số các trƣờng hợp này để tìm ra lời giải đáp ngƣời ta sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm.
11 Tuy nhiên nghiên cứu thực nghiệm đơn thuần không thể hiện có hiệu quả nếu thiếu lý thuyết tƣơng ứng. Ngày nay chúng ta thƣờng đề cập tới phƣơng pháp kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm. Song điều đó không làm giảm bớt vai trò và vị thế của nghiên cứu thực nghiệm. Tuỳ theo mức độ hiểu biết về cơ chế của quá trình, ý nghĩa của nghiên cứu lý thuyết thƣờng đƣợc giới hạn ở tác dụng định hƣớng ban đầu, hỗ trợ làm giảm bớt khối lƣợng công việc và rút ngắn thời gian cho việc nghiên cứu thực nghiệm. Trong khi đó, nghiên cứu thực nghiệm có tác dụng bổ sung cho kết quả nghiên cứu lý thuyết, xác định rõ hơn cho cơ chế của hiện tƣợng. Căn cứ vào mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài nghiên cứu, tôi chọn phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm để thực hiện đề tài này. Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm mà chúng tôi sử dụng không phải là thực nghiệm thuần tuý mà đó là sự kết hợp hài hoà giữa lý thuyết và thực nghiệm, lấy lý thuyết làm cơ sở để tiến hành thí nghiệm, làm định hƣớng, hỗ trợ, giảm bớt khối lƣợng công việc, để giải thích và kiểm tra sự đúng đắn của kết quả thực nghiệm. Kết quả thực nghiệm đƣợc xử lý theo phƣơng pháp thống kê toán học. Ngoài ra, còn sử dụng các phƣơng pháp kế thừa các thành tựu đã đạt đƣợc của các nghiên cứu về cắt gọt gỗ ở trong nƣớc và trên thế giới.
12 Chƣơng 3 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI Có thể nói rằng trong quá trình gia công gỗ bằng cơ học thì lực là một chỉ tiêu quan trọng, nó quyết định đến năng suất, chất lƣợng bề mặt gia công và giá thành sản phẩm xẻ. Đặc trƣng cho lực và tỷ suất lực cắt, những nhân tố ảnh hƣởng đến tỷ suất lực cắt là rất nhiều và phức tạp. Vì vậy để xác định đƣợc những nhân tố đó ảnh hƣởng nhƣ thế nào cần phải nghiên cứu kỹ cấu tạo, nguyên lý hoạt động của cƣa đĩa, nghiên cứu nguyên lý cắt gọt trong quá trình gia công gỗ bằng cƣa đĩa. Trên cơ sở nghiên cứu đó, ta sẽ vận dụng lý thuyết cắt gọt gỗ, lý thuyết về khoa học gỗ, lý thuyết kỹ thuật điện và điện tử... để xác lập mối quan hệ của chúng với các chỉ tiêu mà ta cần nghiên cứu. 3.1. Khái quát cấu tạo máy cƣa đĩa và đĩa cƣa 3.1.1. Cấu tạo chung Hiện nay, rất nhiều xƣởng chế biến gỗ sử dụng cƣa đĩa để gia công sản phầm. Để có thể vận dụng thiết kế thi công bộ thí nghiệm phù hợp, đề tài lựa chọn loại cƣa đĩa có đặc điểm nhƣ sau: - Máy cƣa đĩa có các thông số kỹ thuật cơ bản: Bảng 3.1. Bảng thông số kỹ thuật của cƣa đĩa STT Tên thông số kỹ thuật Giá trị 1 Kích thƣớc máy LxBxH, mm 1200x800x800 2 Trọng lƣợng máy, kg 800 3 Công suất động cơ, kw 7 4 Số vòng quay của động cơ, v/p 1440 5 Chiều dày lớn nhất của phôi, mm 135 6 Chiều dày nhỏ nhất của phôi, mm 10 7 Đƣờng kính lớn nhất của đĩa cƣa, mm 500 8 Đƣờng kính nhỏ nhất của đĩa cƣa, mm 270 9 Tốc độ căt lớn nhất, m/s 1-100 10 Bề rộng mạch xẻ, mm 3,5-10 11 Tốc độ đẩy, m/p 10-100 12 Góc sau, độ 20-30 13 Góc mài, độ 30-40 14 Góc cắt, độ 50-70
13 Hình 3.1. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy cƣa đĩa