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 c 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" c 3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 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. Aphanaxiev, kĩ sƣ Denpher, giáo sƣ M.các nhà bác học Đức nhƣ H.Kolman; Phần Lan nhƣ E.Kivima, Mỹ nhƣ B.
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 c 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.
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. c 5 Năm 1886, trong cuốn sách "Công nghệ gia công gỗ bằng cơ học", giáo sƣ P. 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.
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. 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.
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.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. 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. 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.