Tính toán, thiết kế cơ cấu cắt gọt của thiết bị rút lõi gỗ dừa

Với các đặc tính gần như gỗ và là một nguồn nguyên liệu chế biến gỗ rất tốt trong tương lai, thân cây dừa sẽ là một trong những giải pháp tốt nhất để thay thế cho gỗ trong công nghiệp nh

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS HOÀNG HỮU NGUYÊN

ĐỒNG NAI, 2012

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực

và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Phạm Quang Tuấn

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận án này, tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc

tới PGS.TS Hoàng Hữu Nguyên đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình

thực hiện đề tài

Tôi xin chân thành cảm ơn đến các thầy, cô giáo, các nhà khoa học thuộc Trường Đại học Lâm nghiệp đã nhiệt tình giúp đỡ tôi về phương pháp nghiên cứu, tài liệu chuyên môn liên quan đến luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo, tập thể giáo viên, công nhân viên Cơ sở 2 Trường Đại học Lâm nghiệp đã hết lòng giúp đỡ tôi hoàn thành bản luận văn này

Qua đây, cũng xin được gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã động viên

và tạo những điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành tốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn

Xin gửi lời cảm ơn chân thành và lời chúc sức khỏe

Tác giả luận văn

1.1.2 Nguyên lý khoan rút lõi 9

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 7 1.1 Nghiên cứu sơ bộ về nguyên lý khoan rút lõi 7

1.2.3.4 Tính dãn nở 24 1.2.3.5 So sánh tính chất vật lý của thân dừa và gỗ cao su, xà cừ 24

1.2.4.1 Giới hạn bền khi nén dọc thân dừa 26 1.2.4.2 Giới hạn bền nén ngang tiếp tuyến thân dừa 28 1.2.4.3 Giới hạn bền nén ngang xuyên tâm gỗ dừa 29

1.2.4.6 Modul đàn hồi uốn tĩnh của gỗ dừa 32 1.2.4.7 So sánh một vài tính chất cơ học của thân dừa với gỗ

1.3 Bản chất của quá trình khoan rút lõi cây dừa 35 1.4 Các cơ sở lý thuyết về tính bền áp dụng cho dao cắt và kết

1.5 Nguồn lực dẫn động của dao và máy khoan rút lõi, cơ sở và

2.3.1 Sơ đồ nguyên lý chung từ ý tưởng thiết kế 65

2.3.3.1 Các phương án bố trí và lựa chọn hình dạng dao rút lõi 68 2.3.3.2 Thiết kế lựa chọn kết cấu lỗ phun áp lực để thoát phoi 74 2.3.3.3 Thiết kế lựa chọn bích dẫn khí nén xuống vùng gia công 75 2.3.3.4 Thiết kế lựa chọn ổ chứa dao chính 78 2.3.3.5 Thiết kế, lựa chọn pistong đẩy lõi ra khỏi thân dao, khi

2.3.3.6 Hoàn thiện kết cấu của mặt bích ổ dao 82 2.3.3.7 Thiết kế , lựa chọn góc độ dao cắt 83 2.3.3.8 Tính toán lực cắt tác dụng lên lưỡi dao và thân dao 85 2.3.3.9 Kiểm tra bền cho kết cấu dao cắt 88 2.3.3.10 Bản vẽ hoàn chỉnh kết cấu dao cắt 89 2.3.3.11 Mô phỏng lắp ráp kết cấu dao cắt và quá trình rút lõi 90

PHỤ LỤC

Bản vẽ chế tạo các chi tiết của dao rút lõi

Kiểm tra sức bền của dao

94

94

105

CÁC KÍ HIỆU DÙNG TRONG ĐỀ TÀI

1.5 Khối lượng thể tích khô kiệt của gỗ dừa 21

1.7 Tổng hợp kết quả tỷ lệ co rút của gỗ dừa 22 1.8 Tổng hợp kết quả tỷ lệ dãn nở của gỗ dừa 24 1.9 Một vài tính chất vật lý của thân dừa, gỗ cao su, gỗ xà cừ 25

1.11 Giới hạn bền khi nén dọc thân dừa 26 1.12 Giới hạn bền nén ngang tiếp tuyến thân dừa 28 1.13 Giới hạn bền nén ngang xuyên tâm gỗ dừa 29

1.17 Một vài tính chất của thân dừa , gỗ cao su và xà cừ 32

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ

1.1 So sánh khối lượng thể tích giữa gốc, thân và ngọn 21

1.5 Giới hạn bền nén của gỗ dừa tại vùng 1 27 1.6 Giới hạn bền nén của gỗ dừa tại vùng 2 27 1.7 Giới hạn bền nén của gỗ dừa tại vùng 3 28 1.8 Giới hạn bền uốn của gỗ dừa tại vùng 1 31 1.9 Giới hạn bền uốn của gỗ dừa tại vùng 2 31 1.10 Giới hạn bền uốn của gỗ dừa tại vùng 3 31

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

1.6

Dấu vết khoan lấy lõi trong đá basalt, sử dụng 2 lưỡi khoan tròn có bán kính khác nhau, tạo thành một cái ống Niên đại ít nhất khoảng 5.000 năm

Được trưng bày tại viện bảo tàng Petrie

11

1.8 Một số máy khoan lõi ứng dụng trong khoan địa

1.10 Mũi khoan rút lõi trong khoan địa chất 14 1.11 Mũi khoan rút lõi trong khoan vật liệu thép 15

1.14 Mặt cắt ngang và các vùng trên thân cây dừa 18 1.15 Cấu tạo hiển vi của cây dừa (mặt cắt ngang) 18 1.16 Cấu tạo hiển vi thân cây dừa (mặt cắt dọc) 19

1.19 Phân tích lực cắt khi cắt kim loại 39 1.20 Quan hệ giữa dao và gỗ trong quá trình cắt gọt 41

1.21 Dao cắt, các trường hợp chuyển động và đặt dao

1.25 Lực tác dụng lên mặt sau dao cắt khi cắt ngang 49 1.26 Lực tác dụng lên mặt trước dao cắt 49

1.27 Các thành phần nội lực trên mặt cắt ngang 50

1.29 Sơ đồ động cơ điện một chiều kích thích độc lập

1.30 Sơ đồ động cơ điện một chiều kích thích độc lập

điều khiển bằng dòng điện phần ứng 55 1.31 Sơ đồ hệ thống máy phát – động cơ Ward –

2.5 Sơ đồ nguyên lý và ý tưởng thiết kế máy rút lõi 65 2.6 Dao cắt và phương án bố trí lưỡi cắt 67

2.8 Góc cắt với dao cắt đầu nghiêng vào 69

2.10 Dao với góc cắt nghiêng vào và có lỗ phun áp lực khí thoát phoi 70 2.11 Dao với mũi dao so le để giảm mô-men cắt 71

2.12 Rãnh thoát phoi trên thân dao với rãnh thoát phoi

2.13 Rãnh thoát phoi trên thân dao với rãnh thoát phoi

2.16 Phương pháp ghép các mảnh thân dao 75 2.17 Phương pháp bố trí ống dẫn khí nén vào trên thân 76

dao 2.18 Lắp đặt bích có các rãnh chia vào thân dao 76 2.19 Đệm cao su trên mặt trụ ngăn không cho áp khí lên

2.20 Mặt cắt tại vùng có lắp đặt đệm cao su làm kín hơi 77

2.23 Tương quan giữa thân dao ổ chứa dao và lõi dừa

2.24 Phương pháp dùng lõi đẩy để tách lõi dừa ra khỏi

2.25 Kết cấu mặt bích trong cụm quay chính 83

2.26 Góc độ dao cắt được chọn theo công nghệ và yêu

MỞ ĐẦU

 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Dừa là loại cây có giá trị kinh tế cao, các sản phẩm từ cây dừa rất đa dạng Ngoài các sản phẩm từ quả dừa, lá dừa thì thân cây dừa cũng được sử dụng để chế tác đồ mỹ nghệ, sử dụng cho các công trình xây dựng đơn giản… Cho đến nay các quốc gia thành viên của Hiệp Hội Dừa Châu Á - Thái Bình Dương (APCC) đã sản xuất và xuất khẩu được hơn 70 chủng loại sản phẩm từ dừa Tại Việt Nam, các xưởng thủ công mỹ nghệ sản xuất hơn 50 mặt hàng từ gỗ dừa xuất khẩu đi nhiều quốc gia trên thế giới

Theo số liệu của ngành Dầu thực vật thì diện tích dừa Việt Nam đạt đến 330.000 ha vào cuối thập niên 80 Sau đó đã giảm sút nhanh còn 154.000 ha (thống kê của FAO, 2004) Hiện nay diện tích trồng dừa ở nước ta đạt khoảng 200.000 ha, được trồng từ Bắc đến Nam nhưng nhiều nhất là ở vùng ĐBSCL với trên 70%, kế đến là các tỉnh Nam Trung Bộ (từ Đà Nẳng trở vào) chiếm gần 20% Ở ĐBSCL, diện tích trồng dừa nhiều nhất là Bến Tre (38.000 ha), kế đến

là Trà Vinh (12.418 ha), Bình Định (12.000 ha) Từ năm 2004 đến nay do hoạt động chế biến dừa trái gia tăng, giá bán nguyên liệu dừa trái lên rất cao nên diện tích trồng dừa ở các địa phương liên tục tăng, riêng tỉnh Bến Tre đã tăng thêm gần 3.000 ha, đạt 38.000 ha

Cây dừa mọc thẳng đứng, suôn, bền chắc, càng lầu năm càng dẻo dai nhiều vân, màu sắc Gỗ dừa có độ bền cơ học khá tốt, có vân thớ đẹp, khả năng đáp ứng cho công nghệ sản xuất ván nhân tạo rất cao Tuy nhiên, không như các loại

gỗ khác, phần lõi cây dừa thường rất mềm, thớ dạng sợi, không có vân Đây chính là vấn đề cần giải quyết khi sử dụng gỗ dừa cho mục đích sản xuất ván nhân tạo

Như chúng ta đã biết hiện nay gỗ đang có xu hướng cạn kiệt do tài nguyên

về rừng ngày càng bị thu hẹp lại, trong khi đó những sản phẩm từ gỗ còn rất đa

dạng và phong phú và không thể thiếu trong sản xuất các đồ dùng trang trí cũng như trang trí nội ngoại thất, chính vì vậy việc tìm các nguyên liệu tương tự khác thay thế cho gỗ là một yêu cầu rất cấp bách hiện nay

Với các đặc tính gần như gỗ và là một nguồn nguyên liệu chế biến gỗ rất tốt trong tương lai, thân cây dừa sẽ là một trong những giải pháp tốt nhất để thay thế cho gỗ trong công nghiệp nhất là công nghệ làm ván ép nhân tạo

Thân cây dừa có 2 phần, phần lõi và phần thân cả 2 phần đều có thể chế biến thành ván nhân tạo, tuy nhiên công nghệ chế biến có khác nhau, Với phần thân cứng bên ngoài việc tạo ván nhân tạo sẽ nhanh và ít tốn công hơn phần lõi Phần lõi mềm hơn, để tạo ra ván ép nhân tạo chúng phải được thêm vào một số chất phụ gia khác và trải qua quá trình ép mới trở thành sản phẩm có giá trị

Việc tách phần thân và phần lõi có thể được thực hiện bằng nhiều cách khác nhau, đơn giản nhất là thực hiện bằng thủ công ,tuy nhiên thực hiện bằng thủ công có thể làm hỏng cả 2 phần này nếu không được thực hiện tốt, mặt khác hiệu quả kinh tế bằng phương pháp này mang lại cũng không cao Một phương pháp hữu hiệu và mang tính công nghiệp hơn đó là chế tạo một loại máy có thể bóc tách một cách tự động 2 phần này

Từ những vấn đề đã phân tích trên đây người nghiên cứu thấy rằng việc chế tạo thành công máy tách vỏ và lõi dừa sẽ mang một ý nghĩa rất quan trọng trong công nghệ tìm nguồn nguyên liệu thay thế gỗ và sản xuất các loại ván ép từ thân

cây dừa và cũng chính vì vậy tác giả đã quyết định chọn đề tài “TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CƠ CẤU CẮT GỌT CỦA THIẾT BỊ RÚT LÕI GỖ DỪA” làm

đề tài nghiên cứu

 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu khả năng cắt gọt và tính toán, thiết kế cơ cấu cắt gọt của thiết bị rút lõi trên vật liệu gỗ dừa

 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Đối tượng nghiên cứu:

Để tạo ra một dây chuyền khoan lõi hoàn chỉnh cần phải có rất nhiều công đoạn bao gồm các công đoạn thu gom cây dừa, cắt thành các đoạn dài yêu cầu, lựa chọn các đoạn tiêu chuẩn đồng nhất để làm phôi liệu đưa vào máy khoan lõi, máy khoan lõi phải bao gồm tổ hợp các kết cấu gá đặt, hệ thống định vị và lắp dao, hệ thống quay dao…, việc nghiên cứu toàn bộ hệ thống này là một vấn đề rất lớn, vì vậy trong đề tài này người nghiên cứu chỉ đi sâu vào 2 vấn đề chính

đó là nghiên cứu góc độ kết cấu và vật liệu làm dao cắt, nghiên cứu kết cấu của máy khoan lõi nhằm tạo ra được một hệ thống khoan lõi hoàn chỉnh tương đối, kích thước của phôi liệu dừa đã được chọn lựa tương đối ở dải kích thước là chiều dài 1m, đường kính từ 130 tới 150mm

Khi thiết kế nếu chúng ta đi từ điểm bắt đầu thì sẽ gặp rất nhiều khó khăn và

sẽ tốn nhiều thời gian thử nghiệm vì vậy để giảm bớt thời gian này chúng ta sẽ tiến hành nghiên cứu các dạng mũi khoét lõi và kết cấu máy khoan địa chất để

cải tiến và xây dựng thành một hệ thống khoan tách lõi cây dừa hoàn chỉnh, cụ thế đề tài này sẽ kế thừa các thành tựu đã có bao gồm:

 Nguyên lý khoan địa chất công trình

 Cơ sở lý thuyết về các thiết kế dao cắt khi cắt vật liệu gỗ

 Nguyên lý tách lõi cơ bản

 Phương pháp tính lực trong quá trình tiện, khoan, phay

- Phương pháp giải tích toán học

Trong quá trình tính toán các công thức và giải các phương trình để tìm ra các thông số thiết kế, đòi hỏi phải vận dụng các phép giải tích toán học thông thường và cơ bản, hơn nữa để biết được nhanh chóng sự ảnh hưởng của góc độ dao tới lực sinh ra trong toàn hệ thống cần phải xây dựng một công thức toán học bao quát các thông số ảnh hưởng tới lực cắt sinh ra

Phương pháp giải tích toán học đóng một vai trò rất quan trọng, trong việc tính toán và đưa ra các thông số chính xác để tối ưu các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng và kinh tế của hệ thống

- Phương pháp tối ưu hoá

Trong quá trình thiết kế cũng như tính toán các thông số chế tạo, yếu tố kinh

tế cùng chất lượng của hệ thống phải được đặt lên hàng đầu, tổng hợp các nhân

tố đó sẽ tối ưu hoá bài toán, với bài toán tách lõi, hệ thống phải có hệ thống điều chỉnh được tốc độ quay của dao (tốc độ cắt lõi) và tốc độ tiến của dao (thời gian tách lõi) cho phù hợp với sự khác biệt của cơ tính cây dừa khi đưa vào tách lõi

- Phương pháp xác định thông số nghiên cứu của máy

Trên cơ sở tính toán thiết kế các thông số hình học của máy theo các chỉ tiêu

về kỹ thuật và kinh tế, sẽ thiết kế ra hình dáng hình học sơ bộ của mô hình, sau

đó tuỳ thuộc vào vị trí lắp đặt hệ thống điều kiện làm việc và các yêu cầu về độ bền của vật liệu làm chi tiết, xác định lại các thông số và chọn vật liệu thích hợp Ngoài ra trong quá trình thiết kế các chi tiết để lắp ráp thành hệ thống hoàn

chỉnh cần thiết kế sao cho sự thay đổi của chi tiết này sẽ không ảnh hưởng nhiều đến sự lắp ráp so với các chi tiết khác, đồng thời tính toán đến quá trình thay thế sửa chữa sau này

Các chi tiết trong hệ thống máy còn có thể sử dụng lại khi cải tiến thiết kế theo một sự cải tiến mới, tốt nhất là khi điều kiện làm việc thay đổi chỉ nên thay đổi phần mềm, phần cứng ít hoạc không có sự thay đổi

- Phương pháp tiếp cận công nghệ mới

Hiện nay vơí sự phát triển như vũ bão của khoa học máy tính và những ứng dụng tích cực của nó trong việc giải quyết các bài toán phức tạp, đã giảm thiểu rất nhiều về thời gian tính toán đồng thời kết quả thu được rất chính xác so với phương pháp giải thông thường trước đây

Các phần mềm xử lý số liệu ngày nay cũng rất đa đạng và phong phú, việc ứng dụng nó để mô phỏng quan sát sự ảnh hưởng của các yếu tố lên hệ thống khi hệ thống làm việc là thật sự cần thiết, hơn nữa sau các quá trình tính toán cần phải có một công cụ để kiểm tra mức độ chính xác của kết quả, việc ứng dụng các phần mềm ở công đoạn này là hoàn toàn phù hợp

 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Trên cơ sở nghiên cứu hình dáng kích thước và đặc tính của cây dừa, các loại dao khoét lấy lõi đang được sử dụng cho các loại vật liệu khác như đất đá và các phương pháp lấy lõi từ trước tới nay, các dạng máy khoan giếng, khoan địa chất

và dựa vào các phương pháp thí nghiệm về đặc tính tương đương của gỗ dừa với một số loại gỗ thông dụng người nghiên cứu sẽ tập trung vào nghiên cứu phân tích về thông số hình học của dao các lực sinh ra trong quá trình khoét lõi, vật liệu và kết cấu đặc biệt của dao, hình dạng và kết cấu của máy khoan rút lõi

và thiết kế phần cắt gọt hoàn chỉnh cho máy khoan rút lõi và các nội dung nghiên cứu trình được thể hiện tóm gọn như sau:

- Nghiên cứu tổng quan về đặc tính cơ học hình học của cây dừa để chọn kích thước hợp lý cho công đoạn rút lõi

- Nghiên cứu các phương pháp rút lõi truyền thống và hiện đại nhằm kết hợp

để tạo ra một phương pháp rút lõi có hiệu quả nhất trên cây dừa

- Nghiên cứu dạng hình học của dao cắt, các lực tạo ra trong quá trình cắt nhằm chọn hình dạng và kết cấu của dao rút lõi một cách hợp lý

- Nghiên cứu kết cấu của một số máy khoan địa chất, máy khoan rút lõi của một số vật liệu khác để thiết kế một máy rút lõi đơn giản đảm bảo kỹ thuật

và mang tính kinh tế cao

- Nghiên cứu và ứng dụng một số các chi tiết tiểu chuẩn nhằm đơn giản hóa quá trình thiết kế gia công lắp ráp và giảm thiểu thời gian chế tạo

- Nghiên cứu các phương pháp điều khiển động cơ và các bộ truyền tiêu chuẩn nhằm đưa ra được giải pháp thay đổi tốc độ cắt và chiều sâu cắt cho hợp lý khi rút lõi

- Phân tích và áp dụng các cơ sở lý thuyết tính toán để tính toán cho toàn bộ kết cấu dụng cụ cắt của máy khoan rút lõi dừa

- Ứng dụng các phần mềm thiết kế và mô phỏng tiên tiến để kiểm định lại chất lượng và thông số thiết kế

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 NGHIÊN CỨU SƠ BỘ VỀ NGUYÊN LÝ KHOAN RÚT LÕI

1.1.1 Nguyên lý khoan trên vật liệu gỗ

Khoan nhằm mục đích tạo ra lỗ tròn, dao cắt là mũi khoan có dạng xoắn ốc ruột gà hay có dạng dẹt, cạnh cắt chính ở phần đầu Thường dao cụ quay tròn,

tạo tốc độ cắt V, tốc độ ăn dao u song song với tâm trục mũi khoan Trong gia

công gỗ rất ít trường hợp phôi quay tròn, thông thường phôi đứng yên tương đối

với mũi khoan (hình 1.1) Về nguyên lý khoan, chúng ta có tốc độ cắt Vmax như

sau:

π

max

DnV

n

Hình 1.1: Nguyên lý khoan lỗ Hình 1.2: Thông số góc trong khoan

Nếu cạnh cắt vuông góc với tâm quay mũi khoan thì h = u z Nếu cạnh cắt tạo

với tâm quay mũi khoan một góc 90

2 r

- Lực trong quá trình khoan lỗ

Lực trong khoan lỗ có thể tính theo công thức sau:

Lực đẩy gỗ có thể tính theo giá trị lực cắt:

Q = Pm  (1  1,6)P (1.11)

Tỷ suất lực cắt K thay đổi theo dạng cắt Trường hợp mũi khoan ruột gà, có

tỷ suất lớn hơn 1,5 tỷ suất lực khoan mũi xoắn ốc Tỷ suất lực khi chiều dày

phoi h ở các đường kính khác nhau có khác nhau

1.1.2 Nguyên lý khoan rút lõi

Nguyên lý chung của phương pháp khoan rút lõi (hay khoan bao tâm) là sử dụng lưỡi khoan có dạng ống tròn, lưỡi cắt của dao được bố trí trên mặt đầu của dao Đây là kỹ thuật khoan khó, đòi hỏi lực khoan lớn và thân khoan phải được giữ rất ổn định Tuy nhiên từ thời Ai Cập cổ xưa, người ta đã tìm thấy nhiều lỗ khoan và lõi khoan dạng này trong đá cứng, có niên đại nhiều ngàn năm trước

Hình 1.3: Nguyên lý khoan rút lõi

Vật liệu

khoan Lõi khoan

Mũi khoan

Phương pháp khoan lõi đã được những người tại vùng đất Ai Cập thượng cổ

sử dụng rất rộng rãi để chế tác đá cứng, nhiều khi chỉ để loại bỏ phần đá thừa

trong các tác phẩm của họ

Hình 1.4: Lỗ khoan bao tâm trong đá granite

Hình 1.5 : Phần lõi đá của lỗ khoan rút lõi đá granite hồng được William

Flinders Petrie tìm thấy vào năm 1881

Hình 1.6: Dấu vết khoan lấy lõi trong đá basalt, sử dụng 2 lưỡi khoan tròn có

bán kính khác nhau, tạo thành một cái ống Niên đại ít nhất khoảng 5.000 năm

Được trưng bày tại viện bảo tàng Petrie

Hình 1.7: Khoan rút lõi Bê-Tông ngày nay

Hình 1.8: Một số máy khoan lõi ứng dụng trong khoan địa chất

Hình 1.9: Mũi khoan rút lõi Bê-Tông

Hình 1.10: Mũi khoan rút lõi trong khoan địa chất

Hình 1.11: Mũi khoan rút lõi trong khoan vật liệu thép

1.2 ĐỐI TƯỢNG GIA CÔNG

Đối tượng gia công là những thân cây dừa có chiều dài 1m có độ tròn và độ thẳng nhất định đường kính lõi khoảng 130mm- 150 mm, đã được cắt sẵn có độ

ẩm phù hợp và được đưa vào máy để khoét tách lõi sau đó đưa vào các dây chuyền khác để xử lý chế biến thành ván nhân tạo

Tính chất cơ lý của vật liệu gỗ dừa dùng cho gia công cụ thể như ứng suất cắt, phá huỷ, độ dai,… Sẽ được sử dụng để tính toán để chọn hình dạng và góc

độ dao rút lõi cho phù hợp sau đó các kết quả này sẽ được dùng để tính toán cho toàn bộ kết cấu của máy rút lõi như công suất, tốc độ động cơ quay dao động cơ chuyển động, độ bền của kết cấu và các bộ truyền động trong máy rút lõi

Với việc tách lõi thân cây dừa một cách bán tự động, thì kích thước và độ đồng đều của thân cây dừa là một một yếu tố quan trọng và phải được xem xét đầu tiên, nó quyết định đến năng suất và mức độ khả thi của toàn bộ quá trình rút lõi, hơn nữa việc chọn hình dạng và góc độ dao sẽ là yếu tố quyết định đến năng suất và tính kinh tế của việc tách lõi

Hình 1.12: Thân cây dừa

Với hình dạng thân cây dừa đã được xem xét và trình bày ở các phần trên, chúng ta nhận thấy rằng nếu xét trên chiều dài 1m thì thân cây dừa có độ thẳng rất phù hợp và có kích thước tương đối đồng loạt nhau, vì vậy đối tượng này rất phù hợp cho việc tự động hóa việc tách lõi mà cũng là đối tượng chính mà đề tài này đề cập đến

1.2.1 Thông tin chung về cây dừa

Dừa là cây Nông nghiệp, lớp 1 lá mầm, có tên Việt Nam là cây Dừa, tên khoa học: Cocos Nucifera L, được trồng từ quả, thích hợp trên vùng đất thấp có

độ cao dưới 300m, ở vĩ độ 150 với lượng mưa đều trong năm, phân bố tự nhiên

là vùng đất cát ven biển, ven các sông và cửa biển Dừa phát triển trên đất pha cát, có khả năng chống chịu mặn tốt cũng như nó ưa thích các nơi có nhiều nắng

và lượng mưa trung bình (750 - 2.000 mm hàng năm) Tổng dện tích trồng dừa khu vực Tây Nam bộ khoảng 185.000 ha, khu vực Duyên hải miền Trung 32.000 ha Số lượng cây dừa / 1ha là 140 – 150 cây / ha Khối lượng trung bình của một cây dừa khoảng 0,9 m3 Khối lượng thân dừa tính chung cho toàn bộ diện tích khoảng từ 18 – 19.000.000 m3 Hiện nay, phần lớn diện tích dừa trồng sau năm 1975 Những cây trưởng thành bị chặt hạ khoảng 30 năm tuổi Trữ lượng lớn, phân bố tập trung, có thể trở thảnh nguổn nguyên liệu ổn định để tổ chức sản xuất sản phẩm thay thế gỗ trong xây dựng, đồ mộc và trang trí nội ngoại thất

1.2.2 Cấu tạo và tính chất của cây dừa

1.2.2.1 Cấu tạo thô đại

Nhìn bằng mắt thường hoặc quan sát bằng kính lúp trên mặt cắt ngang của thân cây dừa như sau : cây có độ tuổi thấp có màu trắng ngà, cây có tuổi cao có màu màu nâu nhạt, cây càng già màu nâu càng đậm, dưới gốc màu sẫm hơn phần ngọn Theo chiều xuyên tâm, các bó mạch phân bố trên khắp mặt cắt ngang, số bó mạch trên 1 cm2 lần lượt giảm dần từ ngoài vào trong Kết quả đếm bó mạch trên tiết diện ngang thân cây dửa 30 năm tuổi, ở độ cao cách mặt đất 3m Số lượng bó mạch trung bình ghi trong bảng 3.1

Kết quả trong bảng cho thấy số lượng bó mạch giảm đột ngột từ ô 4 sang ô

5, từ ô 7 sang ô 8, chứng tỏ có sự khác biệt về tính chất theo từng vùng từ vỏ vào tâm theo mặt cắt ngang của thân cây dừa

Trên cở sở những khảo sát phân bố mật độ bó mạch trên mặt cắt ngang thân cây dừa chúng tôi đã trình bày có thể chia làm 3 vùng khác nhau để nghiên cứu tính chất cơ học, vật lý và khối lượng riêng của thân cây dừa theo hình 1.14 Trên hình 1.14, vùng I từ ngoài vào là vùng có mật độ bó mạch cao, vùng II trung bình và vùng III thấp

Hình 1.14: Mặt cắt ngang và các vùng trên thân cây dừa

1.2.2.2 Cấu tạo hiển vi

Gỗ dừa có cấu tạo gồm các bó mạch phân bố rải rác, xen kẽ giữa các tế bào

mô mềm Các bó mạch được tạo thành từ các ống mạch có tác dụng dẫn truyền, các sợi gỗ là các tế bào vách dầy có tác dụng chịu lực Mật độ các bó mạch thay đổi dần từ ngoài vào trong Gỗ dừa không có tia gỗ

Hình 1.15: Cấu tạo hiển vi của cây dừa (mặt cắt ngang)

Cấu tạo hiển vi của gỗ dừa trên mặt cắt ngang được đặc trưng bởi nhiều bó mạch nằm trong tổ chức tế bào mô mềm Gỗ dừa do các tế bào mô mềm và các

bó mạch tạo nên Các tế bào mô mềm hầu hết có vách mỏng và được liên hệ với nhau nhờ các lỗ thông ngang đơn Bó mạch là tổ chức quan trọng nhất trong thân cây dừa Bó mạch gồm các sợi gỗ, mạch gỗ, quản bào, tế bào dây, tế bào kèm và tế bào mô mềm dọc cấu tạo nên

Hình 1.16: Cấu tạo hiển vi thân cây dừa (mặt cắt dọc)

Trên mặt cắt ngang, thân dừa có thể phân thành ba vùng phân biệt, gọi là vùng ngoài, vùng giữa và vùng lõi Các bó mạch có kích thước lớn ở vùng lõi, nhưng lại nhỏ ở vùng ngoài Các bó mạch phân bố không đồng đều theo chiều xuyên tâm Ở phía ngoài có mật độ bó mạch cao, giảm dần vào trong (bảng 1.3)

Bảng 1.3: Mật độ bó mạch trên thân cây dừa 25 - 30 tuổi

Bảng 1.4: Đường kính bó mạch trong thân cây dừa 25 – 30 tuổi

Đoạn thân Vùng thân Đường kính (µm) Trung bình (µm)

Gốc

Vùng ngoài 815 ± 73

836 Vùng giữa 856 ± 136

Thân

Vùng ngoài 941 ± 198

937 Vùng giữa 1053 ± 80

Ngọn

Vùng ngoài 648 ± 115

737 Vùng giữa 799 ± 105

Đường kính của các bó mạch thay đổi từ phần ngoài vào trong Nói chung, đường kính của các bó mạch phân bố theo các vùng không đều nhau : Vùng ngoài (I) và vùng lõi (III) đường kính nhỏ hơn vùng giữa (II), đường kính đoạn thân lớn hơn vùng gốc và ngọn như trong bảng 1.4

1.2.3.Tính chất vật lý của gỗ dừa

1.2.3.1 khối lượng thể tích (TCVN 362 – 70)

Tính chất vật lý của thân cây dừa phụ thuộc vào tuổi dừa, loại dừa, vị trí mặt cắt ngang trên thân Trên cơ sở chia mặt cắt ngang thân cây dừa thành 3 vùng

(vùng ngoài 1, vùng giữa 2, vùng trong 3) và chia chiều cao thành 3 đoạn (gốc, thân, ngọn) Kết quả nghiên cứu tính chất vật lý của thân dừa theo tiêu chuẩn ở các vùng và các đoạn thân dừa được ghi trong bảng khối lượng thể tích (TCVN

Khối lượng TT ngọn, g/cm 3

SD 0.05 0.03 0.06 0.08 0.06 0.03 0.09 0.08 0.05 C(95%) 0.02 0.01 0.02 0.03 0.02 0.01 0.03 0.03 0.02

Khối lượng TT thân, g/cm3

Khối lượng TT ngọn, g/cm3

Vùng 1 Vùng 2 Vùng 3

Biểu đồ 1.1: So sánh khối lượng thể tích giữa gốc, thân và ngọn

Thân

Vùng1 38.57 97.06 124.90 129.91 133.67 135.93 138.45 138.80 139.46 Vùng2 60.65 165.67 198.07 213.25 218.70 224.33 226.00 230.03 232.42 Vùng3 92.93 207.82 244.38 248.75 253.61 258.29 262.27 264.83 268.01

Ngọn

Vùng1 29.71 56.81 77.66 86.64 94.69 100.99 106.50 108.35 108.92 Vùng2 26.81 71.74 98.16 127.91 141.64 156.21 165.95 173.74 182.25 Vùng3 49.10 108.25 148.38 182.37 203.62 220.05 230.60 244.04 258.52

Biểu đồ 1.2: Tỷ lệ co rút của gỗ dừa tại vùng 1

Biểu đồ 1.3: Tỷ lệ co rút của gỗ dừa tại vùng 2

Biểu đồ 1.4: Tỷ lệ co rút của gỗ dừa tại vùng 3

TT XT TT XT TT XT TT XT TT XT TT XT

Gốc 5.96 6.16 0.20 0.21 5.04 5.18 0.17 0.17 3.62 5.18 0.17 0.17

Thân 6.15 6.18 0.20 0.21 5.95 5.51 0.20 0.18 3.70 3.70 0.12 0.12

Ngọn 6.57 6.34 0.22 0.21 5.95 5.51 0.20 0.18 4.52 4.80 0.15 0.16

1.2.3.5 So sánh tính chất vật lý của thân dừa và 2 loại gỗ cao su , xà cừ

Bảng 1.9: Một vài tính chất vật lý của thân dừa, gỗ cao su, gỗ xà cừ

Từ bảng 1.9 cho thấy sự khác nhau về một vài tính chất vật lý của thân dừa

và 2 loại gỗ hiện đang được sử dụng làm nguyên liệu bóc ván mỏng

- Về KLTT : Phần gốc, vùng 1 của gỗ dừa có trị số KLTT tương đương với KLTT của gỗ cao su và gỗ xà cừ Phần thân và ngọn , vùng 1 có trị số KLTT cao hơn khá nhiều so với 2 loại gỗ nói trên Tuy nhiên vào vùng 2

và 3 trị số KLTT của dừa giảm đáng kể Đặc biệt ở vùng chính tâm của mặt cắt ngang, thân dừa có trị số KLTT rất thấp, chỉ đạt trị số từ 0,12 – 0,15 g/cm3

- Về co rút : dừa co rút nhiều hơn gỗ Độ co rút theo chiều tiếp tuyên nhỏ hơn hẳn so với chiều xuyên tâm Ngược lại, độ co rút của thân cây dừa theo chiều tiếp tuyến lớn hơn chiều xuyên tâm, nhưng số liệu thống kê cho thấy sự khác biệt không đáng kể Điều này phù hợp với cấu tạo của thân cây dừa : không có tia, phân bố bó mạch đều theo hai chiều tiếp tuyến và xuyên tâm trên từng vùng của mặt cắt ngang

Theo số liệu trong bảng 1.9 độ co rút của dừa giảm từ ngoài vào trong

1.2.3.6 Độ ẩm của nguyên liệu

Gỗ dừa có độ ẩm chênh lệch rất lớn giữ các đoạn thân Khảo sát 30 thân cây dừa 30 tuổi ở Giồng trôm - Bến tre cho độ ẩm trung bình của các đoạn thân dừa như sau :

Bảng 1.10: Độ ẩm trung bình thân dừa

độ phân bố bó mạch Trên cơ sở chia mặt cắt ngang cây dừa thành 3 vùng và chia chiều cao thành 3 đoạn (gốc , thân , ngọn), kết quả nghiên cứu tính chất cơ học của thân dừa theo tiêu chuẩn ở các vùng và các đoạn thân dừa được thống

kê như sau:

1.2.4.1.Giới hạn bền khi nén dọc thân dừa (TCVN363 – 70)

Giới hạn bền nén dọc của thân dừa tăng từ gốc lên ngọn ở và giảm từ ngoài vào trong Kết quả kiểm tra theo tiêu chuẩn ghi trong bảng 1.11

Bảng 1.11: Giới hạn bền khi nén dọc thân dừa

Biểu đồ 1.5: Giới hạn bền nén của gỗ dừa tại vùng 1

Biểu đồ 1.6: Giới hạn bền nén của gỗ dừa tại vùng 2