Luận văn thạc sĩ hay xác định tỷ suất lực cắt khi cưa ngang tre luồng dendrocalamus membra naceus bằng cưa đĩa

Luận văn thạc sĩ phân tích tỷ suất lực cắt khi cưa ngang tre luồng Dendrocalamus membranaceus bằng cưa đĩa, cung cấp kiến thức chuyên sâu.

• Tác giả: Đỗ Thị Hạnh
• Người hướng dẫn: TS. Lê Tấn Quỳnh
• Trường học: Đại học Lâm nghiệp
• Chuyên ngành: Khoa học lâm nghiệp
• Đề tài: Xác định Tỷ Suất Lực Cắt Khi Cưa Ngang Tre Luồng Dendrocalamus Membranaceus
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
• 1.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam
• 2. CHƯƠNG 2: MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 2.3. Khái quát chung về tre luồng (Dendrocalamus membra – naceus)
• 2.4. Phân loại, cấu tạo và một số thông số kỹ thuật của cưa đĩa
• 2.5. Nội dung nghiên cứu
• 2.6. Phương pháp nghiên cứu
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI
• 3.1. Động học của quá trình cắt vật liệu cắt bằng cưa đĩa
• 3.2. Công suất và tỷ suất lực cắt khi cưa vật liệu cắt bằng cưa đĩa
• 3.2.1. Xác định công suất cắt
• 3.2.2. Xác định tỷ suất lực cắt
• 3.2.3. Những yếu tố ảnh hưởng đến tỷ suất lực cắt
• 3.3. Khái niệm về tỷ suất lực cắt
• 3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến tỷ suất lực cắt
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 4.1. Xây dựng mô hình thí nghiệm
• 4.2. Các thiết bị thí nghiệm
• 4.3. Chuẩn bị mẫu thí nghiệm
• 4.4. Thu thập và xử lý số liệu
• 4.5. Kết quả nghiên cứu
• 4.5.1. Trường hợp đĩa cưa có bước răng tiêu chuẩn, răng cưa có gằn hợp kim cứng
• 4.5.2. Trường hợp đĩa cưa có răng cưa là răng cắt ngang
• 4.5.3. Hệ số điều chỉnh trong các điều kiện cắt thay đổi
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan về tỷ suất lực cắt khi cưa ngang tre luồng

Tỷ suất lực cắt là một yếu tố quan trọng trong quá trình cắt gọt tre luồng, đặc biệt là khi sử dụng cưa đĩa. Việc xác định chính xác tỷ suất lực cắt không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình cắt mà còn nâng cao hiệu quả kinh tế trong ngành chế biến tre. Tre luồng (Dendrocalamus Membranaceus) là một loại vật liệu có đặc tính cơ học đặc biệt, do đó, việc nghiên cứu tỷ suất lực cắt của nó là cần thiết để cải thiện quy trình sản xuất.

1.1. Đặc điểm của tre luồng Dendrocalamus Membranaceus

Tre luồng Dendrocalamus Membranaceus có cấu trúc bó mạch tương tự như gỗ, nhưng lại có tính chất cơ lý khác biệt. Đặc điểm này ảnh hưởng đến tỷ suất lực cắt khi thực hiện cắt ngang bằng cưa đĩa.

1.2. Tầm quan trọng của tỷ suất lực cắt trong chế biến tre

Tỷ suất lực cắt không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm mà còn quyết định đến hiệu suất và chi phí sản xuất. Việc hiểu rõ về tỷ suất lực cắt giúp các nhà sản xuất tối ưu hóa quy trình chế biến.

II. Vấn đề và thách thức trong xác định tỷ suất lực cắt

Mặc dù có nhiều nghiên cứu về cắt gọt gỗ, nhưng việc xác định tỷ suất lực cắt cho tre luồng vẫn còn nhiều thách thức. Các yếu tố như độ ẩm, cấu trúc của tre và loại cưa sử dụng đều ảnh hưởng đến kết quả. Do đó, cần có các phương pháp nghiên cứu chính xác để thu thập dữ liệu.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến tỷ suất lực cắt

Độ ẩm của tre, loại cưa và tốc độ cắt là những yếu tố chính ảnh hưởng đến tỷ suất lực cắt. Việc kiểm soát các yếu tố này là rất quan trọng để đạt được kết quả chính xác.

2.2. Khó khăn trong việc thu thập dữ liệu thực nghiệm

Việc thực hiện các thí nghiệm để xác định tỷ suất lực cắt gặp nhiều khó khăn do tính chất biến đổi của tre luồng. Cần có các thiết bị hiện đại và phương pháp thí nghiệm chính xác để thu thập dữ liệu.

III. Phương pháp xác định tỷ suất lực cắt hiệu quả

Để xác định tỷ suất lực cắt khi cưa ngang tre luồng, có thể áp dụng nhiều phương pháp khác nhau. Các phương pháp này bao gồm thí nghiệm thực tế và mô hình hóa lý thuyết. Việc kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn sẽ mang lại kết quả chính xác hơn.

3.1. Phương pháp thí nghiệm thực tế

Thí nghiệm thực tế giúp thu thập dữ liệu cụ thể về tỷ suất lực cắt. Cần thiết lập các điều kiện thí nghiệm chuẩn để đảm bảo tính chính xác của kết quả.

3.2. Mô hình hóa lý thuyết trong xác định tỷ suất lực cắt

Mô hình hóa lý thuyết giúp dự đoán tỷ suất lực cắt dựa trên các yếu tố ảnh hưởng. Phương pháp này có thể tiết kiệm thời gian và chi phí so với thí nghiệm thực tế.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu về tỷ suất lực cắt khi cưa ngang tre luồng đã chỉ ra rằng có sự khác biệt rõ rệt giữa các loại tre và điều kiện cắt khác nhau. Những kết quả này có thể được áp dụng trong thực tiễn để cải thiện quy trình chế biến tre.

4.1. Kết quả thí nghiệm và phân tích số liệu

Kết quả thí nghiệm cho thấy tỷ suất lực cắt thay đổi theo độ ẩm và loại cưa. Phân tích số liệu giúp xác định các mối quan hệ giữa các yếu tố này.

4.2. Ứng dụng trong ngành chế biến tre

Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng để tối ưu hóa quy trình chế biến tre, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm chi phí.

V. Kết luận và triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu về tỷ suất lực cắt khi cưa ngang tre luồng là một lĩnh vực còn nhiều tiềm năng. Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc cải thiện phương pháp xác định và ứng dụng kết quả vào thực tiễn.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu đã xác định được các yếu tố ảnh hưởng đến tỷ suất lực cắt và đưa ra các phương pháp xác định hiệu quả.

5.2. Định hướng nghiên cứu trong tương lai

Cần tiếp tục nghiên cứu để phát triển các phương pháp mới và ứng dụng công nghệ hiện đại trong việc xác định tỷ suất lực cắt cho tre luồng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam sở hữu nguồn tài nguyên rừng và lâm sản ngoài gỗ phong phú với độ che phủ đạt khoảng 36,1% diện tích tự nhiên, trong đó hàng năm có hơn 50 triệu cây tre nứa được đưa vào khai thác phục vụ công nghiệp chế biến. Tre luồng (Dendrocalamus membranaceus) là loài cây lâm sản đặc hữu có giá trị kinh tế cao, đóng vai trò quan trọng trong sản xuất đồ thủ công mỹ nghệ, ván ghép thanh và vật liệu xây dựng sinh thái. Tuy nhiên, phần lớn các dây chuyền gia công hiện nay vẫn áp dụng thông số kỹ thuật của máy cưa gỗ thông thường, dẫn đến tình trạng tiêu hao năng lượng lớn, mạch cưa bị xơ xước và tuổi thọ lưỡi cưa suy giảm nhanh chóng.

Vấn đề cốt lõi của nghiên cứu là sự thiếu hụt các cơ sở dữ liệu thực nghiệm về động học và động lực học cắt gọt đặc thù cho tre luồng khi sử dụng cưa đĩa. Mục tiêu cụ thể của luận văn là xác định chính xác tỷ suất lực cắt khi cưa ngang tre luồng 4 năm tuổi, làm cơ sở khoa học để tính toán công suất động cơ, thiết kế kết cấu đĩa cưa và xây dựng chế độ làm việc tối ưu. Nghiên cứu được thực hiện trên đối tượng tre luồng sinh trưởng tại vùng Lương Sơn, tỉnh Hòa Bình, khảo nghiệm trên máy cưa đĩa công suất 7 kW. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn to lớn, giúp các nhà máy chế biến lâm sản tiết kiệm từ 12% đến 18% điện năng tiêu thụ, giảm thiểu tỷ lệ phế phẩm nứt vỡ đầu lóng xuống dưới 3% và gia tăng độ bền công cụ cắt thêm hơn 25%.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên nền tảng lý thuyết cắt gọt gỗ và vật liệu sinh khối kinh điển được khởi xướng bởi giáo sư I. Time từ năm 1870, hoàn thiện qua các công trình phân tích áp lực tiếp xúc của giáo sư P. Aphanasev năm 1886 và hệ thống hóa bởi giáo sư M. Desevoi năm 1934. Luận văn kế thừa mô hình xác định tỷ suất lực cắt của tiến sĩ A. Bersatski công bố năm 1956 và mô hình phân tích lực ma sát mặt sau dao cắt của các nhà cơ học ứng dụng quốc tế.

Ba khái niệm học thuật trọng tâm được sử dụng xuyên suốt đề tài bao gồm:

1. Tỷ suất lực cắt (K): Lực cản cắt riêng cần thiết tác dụng trên một đơn vị diện tích tiết diện lớp phoi cắt rời, được đo bằng đơn vị N/m² hoặc N/mm².
2. Công suất cắt hữu ích: Phần năng lượng chênh lệch giữa công suất tiêu thụ điện khi có tải và công suất không tải của động cơ điện ba pha.
3. Độ tù bán kính mũi cắt: Thông số hình học đặc trưng cho mức độ mài mòn của góc cắt theo thời gian làm việc.

Về bản chất vật liệu, tre luồng có cấu tạo bó mạch gồm 30% đến 50% tế bào sợi có vách rất dày, phân bố không đều từ lớp biểu bì vào trong ruột. Hàm lượng hợp chất vô cơ Silic dioxit ($SiO_2$) chiếm khoảng 0,16% đến 0,80% kết hợp cùng 31,9% đến 52,74% Xenluloza tạo ra độ cứng vững cao và khả năng chống mài mòn cơ học rất lớn, khiến quá trình cưa cắt ngang xuất hiện các ứng suất phức tạp khác biệt hoàn toàn với gỗ thân gỗ thông thường.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu áp dụng phương pháp thực nghiệm kết hợp chặt chẽ với giải tích toán cơ. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm 120 mẫu tre luồng được thu thập đại diện theo phương pháp chọn mẫu phân tầng ngẫu nhiên từ các thân cây 4 năm tuổi, đường kính đồng đều, lấy tại vị trí các lóng giữa thân và loại bỏ hoàn toàn các vị trí mắt đốt nhằm đảm bảo tính đồng nhất của số liệu đo.

Lý do lựa chọn phương pháp đo gián tiếp qua điện năng tiêu thụ là vì phương pháp này cho phép ghi nhận tức thời sự biến thiên của lực cản cắt trong điều kiện sản xuất công nghiệp thực tế với tốc độ cắt cao từ 10 m/s đến 100 m/s mà các cảm biến lực trực tiếp khó đáp ứng được độ bền cơ học. Quá trình thu thập dữ liệu sử dụng hệ thống thiết bị chuẩn hóa gồm: bộ thí nghiệm cưa đĩa tích hợp biến tần điều tốc, đồng hồ đo tốc độ điện tử HT-3100 với độ chính xác cao, cân phân tích điện tử độ nhạy 0,001 g và tủ sấy đối lưu Memmert để xác định độ ẩm vật liệu. Toàn bộ chương trình thực nghiệm được triển khai trong thời gian 12 tháng tại Trung tâm thí nghiệm thực hành Khoa Cơ điện và Công trình, Trường Đại học Lâm nghiệp, đảm bảo sai số bình quân của toàn bộ các đợt thí nghiệm luôn khống chế ở mức dưới 5% với độ tin cậy thống kê trên 95%.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích thực nghiệm và xử lý thống kê toán học đã mang lại các phát hiện cốt lõi sau:

Thứ nhất, loại đĩa cưa có ảnh hưởng quyết định đến giá trị tỷ suất lực cắt. Trong cùng điều kiện công nghệ, đĩa cưa có răng cưa cắt ngang tiêu chuẩn tạo ra tỷ suất lực cắt cao hơn từ 15% đến 22% so với đĩa cưa có gắn răng hợp kim cứng. Bề mặt mạch cắt khi sử dụng đĩa cưa gắn hợp kim cứng có độ nhẵn vượt trội, giảm thiểu tối đa hiện tượng xơ tước đầu thớ sợi tre.

Thứ hai, độ ẩm của vật liệu tre luồng có quan hệ tỷ lệ nghịch rõ rệt với tỷ suất lực cắt. Khi độ ẩm vật liệu tăng từ 15% (trạng thái sấy khô cân bằng) lên 80% (trạng thái tươi tự nhiên), tỷ suất lực cắt trung bình giảm khoảng 18,5%. Nguyên nhân là do nước tự do và nước liên kết trong vách tế bào làm mềm hóa cấu trúc lignin, làm giảm ứng suất nén và ứng suất trượt của các bó sợi mạch.

Thứ ba, thời gian làm việc liên tục của đĩa cưa làm tăng mạnh lực cản cắt do hiện tượng mòn dao. Khi thời gian cưa tăng từ 0 lên 4 giờ làm việc liên tục, tỷ suất lực cắt tăng từ 24% đến 31%. Bán kính cùn của mũi cắt mở rộng khiến diện tích tiếp xúc ma sát gia tăng nhanh chóng.

Thứ tư, góc cắt của răng cưa đóng vai trò quan trọng trong việc định hình lực chèn dập phoi. Khi góc cắt tăng từ 50° lên 70°, tỷ suất lực cắt ghi nhận mức tăng trưởng trung bình 14,2% do lực chèn dập trên mặt trước lưỡi cắt tăng mạnh.

Thảo luận kết quả

Hiện tượng tỷ suất lực cắt tăng cao khi lưỡi cưa bị mòn được giải thích bởi sự tương tác ma sát khốc liệt giữa tinh thể Silic ($SiO_2$) chiếm khoảng 0,16% đến 0,80% trong tre luồng với bề mặt kim loại của dao cắt. Tế bào sợi tre có kích thước nhỏ nhưng thành tế bào dày đặc ở phần cật, với ứng suất trượt dọc thớ ở lớp ngoài cao hơn từ 4 đến 4,5 lần so với phần ruột màng lụa, tạo nên lực cản cắt cục bộ không đồng đều.

Khi so sánh với các nghiên cứu cưa xẻ gỗ keo tai tượng và gỗ thông khô, cưa ngang tre luồng đòi hỏi tỷ suất công suất cao hơn khoảng 25% ở giai đoạn cắt xuyên qua lớp cật ngoài. Trong các báo cáo kỹ thuật, dữ liệu thực nghiệm này được mô hình hóa trực quan thông qua đồ thị hồi quy tương quan tuyến tính giữa tỷ suất lực cắt và độ ẩm, biểu đồ đường biểu diễn sự suy giảm độ sắc của lưỡi cưa theo thời gian, cùng bảng số liệu tổng hợp các hệ số điều chỉnh thực nghiệm $a_w, a_t, a_\delta$. Các mô hình hồi quy đạt hệ số tương quan $r > 0,85$, khẳng định tính quy luật và độ tin cậy khoa học vững chắc của kết quả nghiên cứu.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm nâng cao hiệu quả kỹ thuật và kinh tế trong công đoạn cưa cắt ngang tre luồng, luận văn đưa ra bốn nhóm giải pháp hành động cụ thể:

Thứ nhất, chuẩn hóa thông số hình học của đĩa cưa. Các xưởng chế biến lâm sản cần lựa chọn đĩa cưa có góc cắt dao động trong khoảng từ 55° đến 60°, góc sau từ 20° đến 25° và góc mài từ 30° đến 35°. Giải pháp này giúp hạ thấp tỷ suất lực cắt từ 12% đến 15%, giảm tải cơ học cho trục máy, mục tiêu hoàn thành áp dụng đồng loạt trong quý 1 năm 2027.

Thứ hai, chuyển đổi toàn diện sang sử dụng lưỡi cưa gắn hợp kim cứng. Các cơ sở sản xuất đồ gỗ tre ghép thanh cần thay thế toàn bộ lưỡi thép gió thông thường bằng đĩa cưa gắn hạt hợp kim vonfram-cacbua chuyên dụng, nâng cao tuổi thọ làm việc của đĩa cưa lên gấp 2,5 lần và tiết kiệm 20% chi phí mài bảo dưỡng trong vòng 6 tháng triển khai.

Thứ ba, phân loại và kiểm soát độ ẩm nguyên liệu đầu vào. Bộ phận vận hành cần thực hiện phân nhóm tre luồng theo dải độ ẩm từ 25% đến 40% trước khi đưa vào cụm máy cưa cắt đoạn tự động, giúp ổn định công suất phụ tải động cơ 7 kW và giảm 10% lượng điện năng lãng phí trong 3 tháng đầu ứng dụng.

Thứ tư, thiết lập quy trình bảo trì và mài sắc định kỳ. Đội ngũ kỹ thuật cơ điện phải thực hiện kiểm tra và mài lại răng cưa sau mỗi chu kỳ 3,5 đến 4 giờ làm việc liên tục nhằm duy trì bán kính mũi cắt dưới 20 $\mu$m, giảm độ rung lắc cơ khí xuống 30%, thực hiện ngay từ tháng vận hành kế tiếp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Tài liệu luận văn mang lại giá trị học thuật và ứng dụng chuyên sâu cho bốn nhóm đối tượng chính:

1. Kỹ sư thiết kế và chế tạo máy chế biến gỗ: Cung cấp công thức giải tích và hệ thống bảng tra cứu tỷ suất lực cắt chuẩn xác để tính toán chọn công suất động cơ từ 5,5 kW đến 11 kW cho các dòng máy cưa đĩa tự động thế hệ mới.
2. Giám đốc kỹ thuật và quản lý xưởng sản xuất ván tre công nghiệp: Ứng dụng các hệ số hiệu chỉnh để định mức tiêu hao điện năng, thiết lập định ngạch bảo dưỡng dao cụ và tối ưu hóa năng suất dây chuyền sơ chế nguyên liệu.
3. Giảng viên, học viên cao học và nghiên cứu sinh ngành Kỹ thuật Cơ khí Lâm nghiệp: Khai thác mô hình toán học động lực học cắt gọt, phương pháp đo công suất gián tiếp và phương pháp nghiên cứu thực nghiệm lâm sản ngoài gỗ phục vụ giảng dạy và phát triển đề tài chuyên sâu.
4. Doanh nghiệp sản xuất hàng thủ công mỹ nghệ và nội thất tre xuất khẩu: Tận dụng các khuyến nghị về chế độ cắt để nâng cao độ nhẵn bề mặt phôi, hạn chế nứt tét đầu mút nguyên liệu 4 năm tuổi, giảm tỷ lệ hư hỏng sản phẩm xuống dưới 3%.

Câu hỏi thường gặp

Tỷ suất lực cắt khi cưa ngang tre luồng khác biệt như thế nào so với gỗ thông thường?

Tỷ suất lực cắt tre luồng cao hơn gỗ rừng trồng cùng khối lượng thể tích khoảng 20% đến 25% khi cắt qua phần cật. Nguyên nhân do lớp vỏ tre chứa hàm lượng Silic oxit lên tới 0,80% cùng mật độ bó sợi dày đặc, đòi hỏi công suất riêng lớn hơn để phân tách thớ sợi.

Tại sao nên ưu tiên sử dụng lưỡi cưa gắn hợp kim cứng trong gia công tre luồng?

Lưỡi cưa gắn hợp kim cứng có khả năng chịu mài mòn vượt trội, giảm tỷ suất lực cắt từ 15% đến 22% so với lưỡi cưa thép thông thường. Sử dụng đĩa cưa hợp kim giúp kéo dài chu kỳ mài sắc lên 4 giờ làm việc liên tục mà vẫn giữ bề mặt cắt phẳng mịn.

Độ ẩm của tre luồng ảnh hưởng ra sao đến lượng điện năng tiêu thụ của máy cưa?

Độ ẩm nguyên liệu tỷ lệ nghịch với lực cắt. Khi độ ẩm tăng từ 15% lên 80%, tỷ suất lực cắt giảm 18,5%, giúp động cơ 7 kW tiêu thụ ít điện năng hơn trong quá trình cắt do cấu trúc tế bào tre khi no nước trở nên mềm dẻo hơn.

Góc cắt nào được đánh giá là tối ưu nhất cho đĩa cưa ngang tre luồng?

Góc cắt tối ưu nằm trong khoảng 55° đến 60°. Khoảng góc này cân bằng giữa độ bền cơ học của đầu răng cưa và lực cản chèn dập phoi, giúp ngăn chặn hiện tượng mẻ răng cưa và giảm lực cắt khoảng 14% so với góc cắt 70°.

Làm thế nào để tính toán công suất động cơ cưa đĩa dựa trên tỷ suất lực cắt?

Công suất cắt được tính bằng tích số giữa tỷ suất lực cắt K với chiều rộng mạch cưa, chiều cao phôi và vận tốc đẩy. Từ công suất cắt có tải và hệ số dự phòng 1,2 đến 1,3, kỹ sư dễ dàng lựa chọn chính xác động cơ điện từ 5,5 kW đến 7,5 kW.

Kết luận

• Đã xây dựng thành công mô hình giải tích và thực nghiệm xác định chính xác tỷ suất lực cắt khi cưa ngang tre luồng 4 năm tuổi với sai số dưới 5%.
• Xác lập hệ thống phương trình hồi quy và bảng số liệu hệ số điều chỉnh phản ánh đầy đủ tác động của độ ẩm, thời gian mài mòn và góc cắt của răng cưa.
• Chứng minh tính ưu việt của đĩa cưa gắn hợp kim cứng giúp tiết kiệm từ 15% đến 22% lực cắt và nâng cao chất lượng mạch xẻ.
• Cung cấp cơ sở khoa học tin cậy để thiết kế máy cưa đĩa công suất 7 kW và xây dựng quy trình công nghệ gia công tre luồng đạt chuẩn.
• Mở ra hướng nghiên cứu mở rộng cho hơn 500 loài tre nứa tại Việt Nam, đóng góp thiết thực vào mục tiêu hiện đại hóa ngành công nghiệp chế biến lâm sản ngoài gỗ.

Các doanh nghiệp và cơ sở sản xuất cần nhanh chóng ứng dụng bộ thông số chế độ cắt tối ưu này trong quý tới để nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm chi phí vận hành. Hãy liên hệ ngay với các chuyên gia cơ điện lâm nghiệp để được chuyển giao công nghệ và nhận tài liệu hướng dẫn kỹ thuật chi tiết.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 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. Aphanaxiev, kĩ sư Denpher, giáo sư M.các nhà bác học Đức như H.Kolman; Phần Lan như E.Kivima, Mỹ như B.

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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 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. LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 5 Năm 1870, tỷ suất lực cắt lần đầu tiên được giáo sư tiến sỹ I.

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. 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.

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. 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.

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.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. Drozđov nghiên cứu xác định bằng thực nghiệm năm 1958 phụ thuộc vào đường kính gỗ. LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 6 Tỷ suất lực cắt khi bóc gỗ bằng máy bóc gỗ dạng roto được 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 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. 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.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. 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.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.E, Lực cắt gọt trong gia công gỗ.WV, Nguyên lý gia công gỗ.LA, Những vấn đề về dao cắt.Franz, Phân tích quá trình cắt gỗ.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. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. 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.