Luận văn Tính Toán, Thiết Kế Cơ Cấu Truyền Động Và Kết Cấu

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 đ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

-

LÊ VĂN THANH

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CƠ CẤU TRUYỀN ĐỘNG VÀ KẾT CẤU CỦA THIẾT BỊ RÚT LÕI GỖ DỪA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2012

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

-

LÊ VĂN THANH

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CƠ CẤU TRUYỀN ĐỘNG VÀ KẾT CẤU CỦA THIẾT BỊ RÚT LÕI GỖ DỪA

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT MÁY, THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ

GỖ GIẤY

MÃ SỐ: 60.52.24

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS HOÀNG HỮU NGUYÊN

Hà Nội, 2012

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình của riêng tôi

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

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

Tác giả luận văn

Lê Văn Thanh

ii

LỜI CẢM ƠN

Nhân dịp hoàn thành luận văn thạc sỹ, tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn

sâu sắc tới thầy giáo: 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 Cơ sở

2 Trường Đại học Lâm nghiệp, Khoa cơ khí, Trường cao đẳng công nghệ Thủ Đức

đã hết lòng giúp đỡ tôi hoàn thành bản luận văn này

Qua đây, cũng xin được gửi lời cảm ơn tới gia đình tôi Trong quá trình tôi học tập và hoàn thành luận văn đã động viên và tạo cho tôi những điều kiện tốt nhất

để tôi hoàn thành tốt những yêu cầu của khoa học đề ra

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

Tác giả luận văn

iii

1.2.3.2 Sự phát triển của các hệ thống khoan lõi

8

1.2.3.5 Các cơ sở lý thuyết về tính bền áp dụng cho dao cắt và kết cấu thiết

1.2.3.6 Nguồn lực dẫn động của dao và máy tách lõi, cơ sở và phương

Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.2.1 Nghiên cứu sơ bộ sơ đồ nguyên lý về máy khoan rút lõi và mũi

iv

2.4.1 Phương pháp tiếp cận hệ thống

44 2.4.2 Phương pháp giải tích toán học

45 2.4.3 Phương pháp tối ưu hoá

45 2.4.4 Phương pháp xác định thông số nghiên cứu của máy

45 2.4.5 Phương pháp tiếp cận công nghệ mới

46

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1.2.1 Cấu tạo thô đại

53 3.1.3.5 Tính dãn nở

54 3.1.3.6 So sánh tính chất vật lý của thân dừa và 2 loại gỗ cao su , xà cừ

55

3.1.5 Tính chất cơ học

56

3.1.5.3 Giới hạn bền nén ngang xuyên tâm gỗ dừa

59

3.1.5.7 So sánh một vài tính chất cơ học của thân dừa với gỗ cao su , xà cừ

v

3.3 LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG

65

3.5.1 Tính toán chọn công suất của động cơ quay dao và phân phối tỉ số

3.5.4 Thiết kế và tính toán bền cho trục chứa bánh đai lớn và bánh răng

Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

4.1 KẾT LUẬN

104 4.2 KIẾN NGHỊ

104 TÀI LIỆU THAM KHẢO

106

vi

CÁC KÍ HIỆU DÙNG TRONG ĐỀ TÀI

3.22 Kết quả tính toán và kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng nón trên

inventor12

76

viii

x

1.31 Sơ đồ động cơ điện một chiều kích thích độc lập điều khiển bằng

1.32 Sơ đồ động cơ điện một chiều kích thích độc lập điều khiển bằng

xi

1

MỞ ĐẦU

Khi đời sống của con người ngày càng được nâng cao, nhu cầu sử dụng gỗ ngày càng tăng cả về số lượng và chất lượng Trong khi đó, khả năng cung cấp gỗ của rừng ngày càng hạn chế Vì vậy, tìm kiếm nguồn nguyên liệu ngoài gỗ để tạo nên vật liệu mới thay thế gỗ là hướng đi cần thiết đang được nhiều quốc gia quan tâm Trong đó, nhiều loại phế liệu nông nghiệp, thực vật ngoài gỗ có thể trở thành nguyên liệu sản xuất ván nhân tạo Số liệu dẫn ra dưới đây về sử dụng dạng phế liệu nông nghiệp trong sản xuất ván nhận tạo năm 2006 cho thấy ưu thế của loại nguyên liệu này [8]: Gỗ (kể

cả gỗ nguyên cây) -1,750,000,000 tấn, phế liệu rơm (lúa mỳ, lúa mạch, lúa gạo, yến mạch, …) -1,145,000,000 tấn, thân cây nông nghiệp (dừa, bông…) – 970,000,000 tấn,

bã mía – 75,000,000 tấn, lau sậy cỏ tranh – 30,000,000 tấn, tre nứa – 30,000,000 tấn, sợi bông -15,000,000 tấn, lõi ngô – 8,000,000 tấn, cây cỏ Chỉ - 5,000,000 tấn, vỏ cây – 2,900,000 tấn, cỏ giấy – 500,000 tấn

Có thể nhận thấy, tổng trọng lượng thực vật thân thảo ngoài gỗ, phế liệu nông nghiệp được đưa vào sản xuất ván nhân tạo ở nhiều nước trên thế giới còn cao hơn tổng trọng lượng gỗ Tổng khối lượng thực vật thân thảo và phế liệu nông nghiệp thường ổn định hàng năm và có thể thu mua dễ dàng Tuy nhiên, những dạng vật liệu này cũng có nhược điểm là dễ mục, biến màu nếu để ngoài trời Vì vậy, để giữ chúng được tốt, thuận tiện cho sử dụng về sau, cần tiến hành chế biến, phân lọai, bảo quản chúng ngay sau khi thu họach

Ở nước ta, sử dụng cây thân thảo và phế liệu nông nghiệp đưa vào sản xuất ván nhân tạo còn chưa được chú ý đúng mức Điều này, một mặt do tập quán sản xuất và sử dụng vật liệu của người Việt nam Mặt khác do chưa có những nghiên cứu hoàn chỉnh

và chuyển giao công nghệ của cơ quan nghiên cứu cho nhà sản xuất, nên việc sử dụng thực vật sản xuất sản phẩm ván nhân tạo vẫn chưa được triển khai nhiều trong thực tế Trong những cây thân thảo và phế liệu nông nghiệp ở Nam bộ, có cây dừa phát triển rất mạnh nam bộ Ngoài những công dụng hữu ích, thân cây dừa còn gây ra nhiều

2

bất lợi cho đời sống xã hội Vì vậy, cần sử dụng triệt để nguồn thực vật này vào sản xuất những sản phẩm có ích Một trong những sản phẩm có thể sản xuất quy mô công nghiệp từ nguyên liệu thân cây dừa là sản phẩm làm phôi liệu cho ván nhân tạo

Theo định hướng trên chúng tôi thực hiện đề tài:

“TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CƠ CẤU TRUYỀN ĐỘNG VÀ KẾT CẤU CỦA

THIẾT BỊ RÚT LÕI GỖ DỪA”

3

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

- 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, trong đó Philippines đóng góp hơn 40 loại sản phẩm từ dầu dừa, từ các sản phẩm cao cấp phục vụ công nghiệp như alcohol béo cho đến hàng thủ công mỹ nghệ Ấn Độ và Sri Lanka lại xuất khẩu nhiều loại sản phẩm

từ xơ dừa Năm 1994, Indonesia xuất khẩu được 102 triệu USD sản phẩm đường từ mật hoa dừa Ở Philippines, thạch dừa được xuất khẩu thu ngoại tệ hơn 26 triệu USD trong năm 1993 và hơn 17 triệu USD trong năm 1996 Tại Việt Nam, cửa hàng thủ công Mỹ nghệ Trường Ngân ở Bến Tre 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

- 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 thận 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

5

1.2 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.2.1 Nghiên cứu sơ bộ sơ đồ nguyên lý về máy khoan rút lõi và mũi khoan rút lõi

Hình 1.1 Nguyên lý khoan lấy lõi

Hình 1.2 Một số máy khoan lõi

6

Hình 1.3 Một số dạng mũi khoan dùng để khoan lấy lõi

Hình 1.4 Hình dáng thân cây dừa

7

1.2.2 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

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

1.2.3 Đối tượng nghiên cứu

1.2.3.1 Đối tượng nghiên cứu chủ yếu

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

8

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

1.2.3.2 Sự phát triển của các hệ thống khoan lõi

Phương pháp khoan lấy lõi (hay khoan bao tâm): lưỡi khoan có dạng ống tròn Đây là kỹ thuật khoan khó, đòi hỏi lực khoan lớn và thân khoan phải được giữ rất ổn định Tuy nhiên ở vùng đất mà về sau trở thành 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

Để tạo ra những lỗ khoan lõi kiểu như vậy, rõ rằng cần phải có khai thác mỏ và luyện kim, sự chế tạo các mũi khoan, kinh nghiệm sử dụng vật liệu mài, kỹ thuật xoay tròn – bánh xe, và tất cả những thứ có liên quan với nó

Nhiều nhà khoa học cho rằng những lỗ khoan này là do người hiện đại thực hiện Tuy nhiên, những ý kiến này không được chấp nhận bởi theo các ghi chép lịch sử thì 1000 năm trước, đã có các văn bản miêu tả về những lỗ khoan bao tâm vô cùng bí

ẩn này

Hình 1.5 Lỗ khoan bao tâm trong đá granite hồng.

9

Năm 1996, mảnh đá granite này được trưng bày tại Bảo tàng Cairo mà không có bất kỳ thông tin chú thích nào cả, có lẽ là miễn bình luận do nó quá kỳ dị Các hình ảnh cho thấy những rãnh xoắn ốc Dễ nhận thấy rằng chiều sâu và khoảng cách các rãnh tròn là

Vậy thì, những người sống trên vùng đất Ai Cập thời thái cổ làm thế nào tạo ra được các lỗ khoan nhẵn nhụi và tròn trịa đến như thế, nếu thời họ sống chưa phát minh

ra kỹ thuật khoan bao tâm, và các công cụ đều làm bằng đồng?

Nhà Ai Cập học vĩ đại, sir Flinder Petrie cũng khẳng định rằng những người tiền

Ai Cập cổ đã sử dụng máy khoan trong một số công trình và tác phẩm của họ

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 Điều đó chứng tỏ kỹ thuật khoan cơ khí này là rất dễ dàng đối với vật liệu ấy Tốc độ khoan 500 lần nhanh hơn máy khoan hiện đại

Khi xem xét kỹ các vết khoan để lại, rõ ràng thiết bị khoan bí ẩn ấy đã sử dụng một

áp lực lớn ép xuống dưới Khoảng cách giữa các rãnh khoan có thể được sử dụng để đo

độ lớn của áp lực đã được áp dụng

Petrie nói về điều này như sau: “Trên lõi đá granit, mẫu vật số 7, rãnh xoắn ốc của

vết cắt tiến vào dần với tốc độ 0,25cm trong một tiết diện có chu vi 15cm, nghĩa là 1/60, là một tốc độ cắt thạch anh và fenspat đáng kinh ngạc”

Tốc độ cắt của các thiết bị khoan hiện đại, nhà khoa học Chris Dunn tính toán được

là 0,0005cm/vòng quay, cho thấy những người bí ẩn ở vùng đất Ai Cập ấy đã khoan

vào đá granite với tốc độ khoan nhanh hơn 500 lần so với các máy khoan hiện đại Lỗ

khoan bao tâm trong đá granite hồng, được tìm thấy tại “Đền thung lũng” Ai Cập

“Đền thung lũng” cùng với các kim tự tháp Giza có nhiều điểm khác biệt so với phần còn lại của Ai Cập cổ đại, cho thấy trình độ công nghệ cao hơn hẳn

10

Hình 1.6 Phần lõi đá của lỗ khoan bao tâm

Đá granite hồng Được ngài William Flinders Petrie tìm thấy vào năm 1881

“Những khoan hình ống này có độ dày khác nhau, có đường kính từ 6mm đến 13cm và

dày từ 0,8mm đến 5mm Lỗ khoan nhỏ nhất được tìm thấy trong đá granite có đường

kính 5cm”

“…Còn có một mẫu lớn hơn, ở nơi mà một cái nền đá vôi đã được đẽo gọt, bằng cách

cắt nó ra bằng những ống khoan có đường kính khoảng 46cm; các rãnh tròn đôi khi giao nhau, chứng minh rằng nó đã được thực hiện chỉ đơn thuần là để loại bỏ phần đá

thừa đó”

Ngài W.M Flinders Petrie, nhà Ai Cập học số 1 Anh quốc, 1883 Các nhà xây dựng cổ đại đã sử dụng một ống khoan lấy lõi để đục rỗng cái bồn đá trong “phòng Vua” của Kim Tự Tháp Lớn Họ đã khoan và để lại một dấu khoan ống ở phần trên bên trong của cái bồn (vị trí mũi tên chỉ) Họ đã đánh bóng một chút xung quanh dấu khoan đó, nhưng nếu tới đó quan sát một cách cẩn thận, chúng ta vẫn nhìn thấy nó:

11

Hình 1.7 Các dấu vết trong cái hộp đá granite trong “Phòng vua” của kim tự tháp Lớn

cho thấy lỗ khoan nằm ở góc trên phía đông cái hộp, sử dụng phương pháp khoan lấy

lõi! Đây là một kỹ thuật cơ khí rất cao cấp

Những gì bạn nhìn thấy trong hai bức ảnh dưới là những cái lỗ được tạo ra bởi một mũi khoan lấy lõi trong đá granite đỏ Các vòng tròn màu xanh trên sơ đồ là nơi có thể nhìn thấy chúng trong các thanh dầm granite trên cao, tại Đền Thung lũng, gần tượng Nhân Sư:

Hình 1.8 Hầu hết các cửa ở ngôi đền này vẫn còn dấu vết của các lỗ khoan Dường

như các lỗ khoan đã được sử dụng để đỡ trục xoay cho cửa ra vào, giống như bản lề

13

Hình 1.11 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

Hình 1.12 Các dấu khoan trong lòng đá cứng khắp thế giới cổ xưa

14

Hình 1.13 Mnajdra, Malta Hằng trăm lỗ khoan trang trí trên những khối đá Có

niên đại khoảng 6.000 năm

Tiahuanaco Kiểm tra kỹ lưỡng khối đá trên, người ta thấy những dấu khoan cách đều

nhau dọc theo chiều dài của vết cắt chính xác rộng 6mm này

Hình 1.14 Khoan vào đá và hình dạng mũi khoan, phoi lõi thường dùng ngày nay

15

1.2.3.3 Một số kết cấu máy gia công nguyên liệu dừa

Máy xén vỏ dừa tươi là một trong các loại máy gia công sản phẩm từ dừa Một mẫu máy xén dừa tươi thử nghiệm đã được thiết kế, chế tạo mô hình, kiểm tra và đánh giá kết quả Thiết bị dùng một dao nghiêng, chuyển động trong mặt phẳng đứng để xén dừa Dao được kẹp chặt và có thể quay quanh trục X nằm thẳng đứng Những thành phần chính của máy bao gồm sườn máy, bộ phận xén thân, bộ phận xén vai, bộ phận cắt tạo mặt phẳng đáy, hệ thống xoay, ba bộ gá kẹp dừa, một cổ góp điện, một nguồn dẫn động và một PLC Trong thử nghiệm, dừa chưa xén được đưa liên tiếp vào ba bộ

gá kẹp dừa Những bộ gá này xoay vòng quanh một trục, nhằm đưa dừa lần lượt qua

bộ phận xén thân, bộ phận xén vai và bộ phận cắt tạo mặt phẳng đáy Những bộ gá kẹp này tiếp tục xoay qua các bộ phận trên trong mỗi chu kỳ làm việc của mình Các thông

số tối ưu của máy bao gồm: (a): năng suất máy 86 trái/giờ, (b): tốc độ cắt dừa: 300v/ph

và (c): dao cắt vai: cao 180mm Tỷ lệ tổn thất trung bình vùng xơ dừa là 0,35%, tỷ lệ trái xén bị hư là 2,5% và tỷ lệ vỏ dừa không cắt là 14,5% Các thông số trên đã được những thương gia và nhà sản xuất máy chấp nhận

Hình 1.15 Mô hình thí nghiệm máy xén vỏ dừa tươi

16

Nguyên lý thiết kế là tiến hành xén dừa khi trái đã được kẹp chặt và xoay quanh trục đứng, sử dụng một dao nghiêng, sắc, chuyển động trong mặt phẳng đứng Mẫu thử nghiệm gồm một bộ phận xén thân, một bộ phận xén vai, và một bộ phận cắt tạo chân, tất cả bộ phận trên được gắn lệch nhau 1200 trên một bệ tròn (có thể xoay) nằm trên

gá gồm hai phần: trên và dưới

Phần dưới gồm một tấm tròn nằm chính giữa, bao quanh là ba má kẹp động Mỗi má kẹp được bọc bằng cao su xốp nhằm giảm bớt hư tổn cho sản phẩm Các má kẹp có thể mở hoặc đóng nhằm tạo sự dễ dàng hơn cho quá trình xén thân và xén vai Chức năng của phần trên là kết hợp với phần dưới để kẹp chặt trái Phần trên gồm một trục chính, lò xo, công tắc hành trình, và một động cơ một chiều dẫn động cho trục

Lò xo, công tắc hành trình và động cơ được lắp trên trục, phần phía dưới được bọc một miếng cao su hình cone Tác dụng của miếng cao su này là kẹp chặt phần đỉnh của trái chưa xén, hoặc phần cuống của trái đã xén Lò xo tạo ra lực nén cho trái trong khi công tắc hành trình điều khiển lực nén này Mỗi bộ gá kẹp có thể tự thay đổi hình dáng, nhằm tạo thuận lợi cho quá trình cắt những phần khác nhau của trái trong các bước Ví dụ như, phần dưới và phần trên cùng nhau kẹp chặt trái trong bước xén thân (hình 5b) và bước cắt chân (hình 6) Nhưng trong bước xén vai, chỉ ba má kẹp làm nhiệm vụ giữ trái dừa mà không có sự tham gia của phần trên (hình 7b)

Bộ phận kẹp chặt còn làm chức năng như một trục xoay, xoay quanh chính trục của nó trong suốt quá trình chạy máy Toàn bộ hoạt động và sự đồng bộ hóa các bộ phận máy được điều khiển bằng các môtơ, công tắc hành trình và PLC Bộ sườn máy rộng 1m, dài 1,7m và được đặt trên một tấm phẳng có gắn bốn bánh xe Sườn máy được làm từ thép L dày 5m Bộ phận xén thân (hình 5) gồm dao xén được gắn vào cơ cấu nạp liệu, được dẫn động bằng một động cơ DC, điều khiển bằng công tắc hành trình

17

Bộ phận xén vai có nguyên lý giống bộ phận xén thân Góc nghiêng dao của hai

bộ phận trên được thiết lập dựa theo sách Jarimopas và Ruttanadat (2007) Bộ phận xén chân đặc trưng bằng một dao thẳng, rất sắc, được gắn trên một cơ cấu cấp phôi giống hai bộ phận trước Việc xén chân diễn ra hoàn toàn tự động, trong khi việc nạp liệu và lấy sản phẩm sau khi hoàn tất do người vận hành máy thực hiện thủ công tại bộ phận xén chân

Bệ xoay (hình 4) làm nhiệm vụ chuyển dừa từ bộ phận này sang bộ phận khác cho đến khi hoàn tất quá trình xén, bệ tròn xoay với tốc độ 8,8v/p Ngoài ra trên bệ này còn gắn một trục có đường kính 37,5mm nhằm dẫn động cho bộ gá kẹp dừa quay với tốc độ 300v/p Cổ góp của bộ phận tiếp điện được làm bằng ống PVC Phần trong ống gắn 14 vòng đồng, bên ngoài gắn chổi quét bằng carbon Chổi quét và vòng đồng là một phương pháp tiếp điện phổ biến, vì nếu dùng dây điện có thể bị quấn vào máy khi hoạt động Nguồn dẫn động cho toàn bộ hệ thống là một động cơ hãm 3hp, 380v, động

cơ này làm bệ tròn xoay với tốc độ 8v/p, nó cũng đồng thời dẫn động cơ cấu kẹp xoay với tốc độ 300v/p Moment từ động cơ truyền sang các bộ phận khác thông qua nhiều bánh răng, và được điều khiển bởi 2 PLC Động cơ DC sử dụng ở đây là loại 12/24v, quay với vận tốc 110/300 v/p, bảo trì rất dễ

Hình 1.16 Bệ xoay và bộ phận bộ phận xén vai

18

Hình 1.17 Bộ Phận Xén Chân

Đầu tiên, người đứng máy bỏ trái dừa chưa xén số 1 vào bộ phận kẹp tại bộ phận xén thân, đây cũng là nơi thu sản phẩm sau khi hoàn tất xén Tại đây, phần trên của cơ cấu kẹp đi xuống và kẹp chặt dừa lại Sau khi hoàn toàn kẹp chặt dừa, công nhân ấn nút

chuyển trái đến bộ phận xén thân Khi quá trình này hoàn tất, máy sẽ dừng lại, công nhân tiếp tục bỏ trái dừa số 2 vào cơ cấu kẹp thứ 2 tại bộ phận cắt chân, sau đó nhấn nút điều khiển để tiếp tục quá trình xén dừa Vào lúc này, cả hai trái dừa bắt đầu quay,

và bệ xoay lại xoay 1200, đưa trái dừa số 2 đến bộ phận xén thân, và trái dừa số 1 đến

Khi trái số 1 chuyển từ bộ phận xén thân qua xén vai, máy tự động thay đổi hình dáng của cơ cấu kẹp bằng cách dựng ba má kẹp lên, kẹp chặt trái tại phần thân đã xén, đồng thời nhả phần kẹp bên trên ra (hình 7) Sau đó thân của trái số 2 và vai của trái số

1 đồng thời được xén Khi quá trình xén này hoàn thành, máy dừng lại và công nhân tiếp tục bỏ trái dừa số 3 vào cơ cấu kẹp thứ 3, sau đó khởi động máy nhằm chuyển trái

Hình 1.18 Bộ Phận xén vai

và máy lại dừng Công nhân lấy trái số 1 ra, bỏ vào một trái mới, nhấn nút điều khiển

để bắt đầu một chu kỳ mới Trong suốt quá trình máy hoạt động, cả ba trái dừa đều đồng thời được xén, một tại bộ phận xén thân, một tại bộ phận xén vai, và một tại bộ phận xén chân Nhiệm vụ của người vận hành máy chỉ là lấy thành phẩm và nạp liệu cho máy tại bộ phận xén chân, sau đó nhấn nút điều khiển để khởi động máy Mỗi lần

trái đã nằm tại vị trí làm việc, trục của cơ cấu kẹp bắt đầu quay làm trái quay, dao cắt bắt đầu tiến vào cắt, sau đó quay trở lại vị trí ban đầu Vào lúc này, máy dừng lại để

công nhân có thể lấy thành phẩm và nạp liệu cho máy

20

Xác định góc dao cắt:

Hình số 1.18 thể hiện hướng của dao cắt Dao cắt được bố trí sao cho lưỡi dao

và trục quay X của trái cùng nằm trên một mặt phẳng nằm ngang Góc  giữa lưỡi dao

lưỡi dao xén vai và trục X thường là 560, tạo độ côn cho phần cuống của trái Hai thông

số góc nghiêng này là thông số đặc thù tạo dáng cho những sản phẩm trên thị trường (Ruttanadat, 2004)

Góc α giữa mặt phẳng dao và mặt phẳng nằm ngang là thông số quan trọng nhất ảnh hưởng tới năng suất và quá trình cắt của máy Trong quá trình thử nghiệm, góc α được cho theo những giá trị 560 ; 58,50 ; 610 ; 63,50 và 660 Thử nghiệm 10 trái dừa già với góc α như trên, mỗi trái đều đo kích thước, chiều cao và khối lượng Sau đó,

Hình 1.20 Bộ phận cắt Hình 1.19 Mô hình máy thí nghiệm

21

đem xén và ngâm dung dịch chống nâu hóa Diện tích phần màu trắng đã được xén, phần vỏ xanh chưa xén hết và phần xơ trên bề mặt đã xén của trái đều được đánh dấu trên một tấm bìa trong suốt Chất lượng của quá trình cắt được đánh giá dựa trên những công thức sau:

ảnh hưởng của góc cắt:

ANOVA đã chỉ ra rằng sự biến thiên của góc dao α ảnh hưởng đến chất lượng máy, cụ thể là lượng xơ còn lại trên trái sau khi xén (P<5%) Có ba thông số điều chỉnh góc dao α mà lượng xơ sau khi xén còn rất ít và không khác nhau lắm, đó là các góc

610 ; 660 và 63,50 ; trong đó đặt dao góc 610 tạo ra ít xơ nhất vì vậy đã được chọn làm thông số góc α

Hơn nữa, tác giả còn tìm ra mối liên hệ giữa thời gian lưu trữ dừa ảnh hưởng đến lượng xơ còn lại xau khi xén (bảng 2) Phần giữa vỏ (phần chính của vỏ) bao gồm lớp mô xốp và sợi dính chặt với nhau (hình 5) Độ ẩm sau khi thu hoạch đo được là 88,7% nhưng sau 9 ngày chỉ còn 85,3% (hình 6) Điều này làm cho các tế bào và mô trong lớp xốp bị co lại tạo ra những khoảng trống Khi xén, dao cắt nén phần giữa vỏ lại nhưng chúng sẽ dễ dàng đàn hồi trở lại làm cho bề mặt sản phẩm ít mịn

Phần vỏ được đánh dấu Tổng diện tích phần xén và chưa × 100% c

1.2.3.4 Bản chất của quá trình cắt gọt rút lõi

Khoan rút lõi cây dừa bằng phương pháp này hay phương pháp khác suy cho cùng chính là quá trình sử dụng nguyên lý tiện đồng loạt để lấy đi lớp vật liệu giữa phần lõi và phần vỏ để tách chúng ra thành hai phần riêng biệt Về mặt tính toán và cơ

sở tính toán chúng ta có thể xem như quá trình cắt gọt này là quá trình cắt gọt một loại

gỗ đặc biệt

Mục đích của việc lấy tương đương này là làm giảm thời gian thí nghiệm cần thiết để tìm ra một số các thông số cắt gọt như quá trình gọt vỏ quả dừa đã đề cập ở phần trên, Tuy nhiên để tăng độ tin cậy khi thiết kế dao tách lõi và các bộ phận chi tiết quan trọng của máy tách lõi chúng ta vẫn phải tiến hành một vài các thí nghiệm để đưa

ra các hệ số quy đổi đặc trưng cho vật liệu gỗ dừa khi áp dụng các đặc tính cơ lý hóa của một loại gỗ tương đương đã có các thông số sẵn

Một trong các thông số quan trọng trong việc thiết kế và tính toán dao cắt và chọn các thông số chính của máy tách lõi là đi xác định lực cắt sinh ra trong quá trình cắt gọt và tách lõi, muốn cắt kim loại, gỗ hay bất kỳ một loại vật liệu nào khác cũng cần phải tác dụng vào dao một lực để thắng được lực liên kết trong nôi bộ của vật cần cắt Nghiên cứu lực cắt có một tầm quan trọng rất lớn vì biết lực cắt mới tính được công suất tiêu thụ của máy, mới tính được lực kẹp chi tiết để trên cơ sở thiết kế đồ gá v.v Lực cắt lớn hay nhỏ ảnh hưởng đến tuổi bền của dao và chất lượng bề mặt gia công

23

Trong cắt gọt kim loại, người ta gọi lực sinh ra trong quá trình cắt tác động lên dao là lực cắt; Lực có cùng độ lớn, cùng phương nhưng ngược chiều với lực cắt gọi là phản lực cắt

Khi cắt, trên mặt trước của dao do phoi đập vào nên có lực pháp tuyến N

1 (hình 1.24), đồng thời do phoi chuyển động nên có lực ma sát F

1, ta có:

Hình 1.21 Phân tích lực cắt khi cắt kim loại

Trên mặt sau của dao do biến dạng đàn hồi và chuyển động nên có áp lực N

2 và

ma sát F

2 ; ta có:

1 1

Q   , Q2 F2 N2 (1-1) Những các lực tác dụng lên mặt sau không tham gia quá trình tạo phoi mà gây ra những tải trọng vô ích có ảnh hưởng lớn đến rung động và mài mòn Tổng hợp các lực trên ta được lực cắt R:

Px - lực chạy dao, có phương trùng với phương chạy dao s Lực này tác dụng lên

cơ cấu chạy dao Cơ cấu chạy dao phải khắc phục lực này cùng với lực ma sát trên sống trượt của máy

Lúc này ta có hợp lực là :

X Y

P

R   (1-4) Đây là phương pháp phân tích lực phổ biến nhất, bởi vì phương các chuyển động cắt là hoàn toàn xác định, do vậy việc đo các thành phần lực cắt được tiến hành dễ dàng

Đối với vật liệu gỗ người ta quan tâm đến 2 yếu tố quan trọng của dao để đạt được mục đích cắt gọt tốt là hình dạng dao và hệ lực tác dụng giữa dao và gỗ

Đứng về mặt cấu tạo hình học, tất cả các dao cắt, phần trực tiếp tham gia cắt gọt chúng đều có các thông số hình học như nhau, chỉ khác nhau về trị số, kích thước và dạng hình học tổng thể Tất nhiên khi xét dạng hình học của dao cắt thì phải xét nó trong mối quan hệ với phôi, phoi Tức là xét dao cắt theo mặt kích thước, thông số góc của nó trong mối quan hệ không gian tĩnh và động đó

Trước hết chúng ta hãy xét trường hợp đơn giản nhất, đó là trường hợp cắt gọt cơ bản, (hình.2.25a).Trạng thái tĩnh, tức là đặt dao trong hệ toạ độ Y-X Trong trường hợp này vị trí của dao được xác định bởi các thông số góc;  - góc sau;  - góc mài và  -

25

góc trước Trường hợp động, (hình.2.25b) tức là xét thông số dao cắt trong trường hợp làm việc Giả sử có dao A cắt phoi B tạo ra phoi C Trong trường hợp này giả sử phôi đứng yên, (thực ra phôi chuyển động với tốc độ u và dao chuyển động với tốc độ V) dao chuyển động với tốc độ Vt theo chiều mũi tên Để xét dạng hình học và thông số của dao cắt, chúng ta để ý đến ba mặt phẳng: Mặt thứ nhất - 1, mặt phẳng cắt đó là mặt phẳng được tạo ra do kết quả chuyển động của dao theo chiều tốc độ Vt, dao tác động vào phôi để tạo ra được một phoi, tất nhiên mặt phẳng đó nằm trong quỹ dạo chuyển động của mũi dao cắt Trong trường hợp dao và phôi chuyển động thẳng hoặc thẳng đều thì mặt cắt là mặt phẳng Nếu một trong hai chuyển động đó có một chuyển động không đều và cong thì mặt phẳng tạo ra sẽ là mặt cong Mặt phẳng thứ 2 là mặt phẳng chuyển động tức là mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng cắt và song song với chiều tốc

độ cắt và mặt phẳng thứ 3 là mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng cắt và đi qua cạnh cắt Tất nhiên trong trường hợp cắt gọt cơ bản thì cạnh cắt là một đường thẳng cuối cùng là mặt phảng thứ 4 mặt phảng song song chiều thớ gỗ Đây là điểm đặc biệt của khoa học cắt gọt vật liệu gỗ so với các vật liệu khác, (hình.2.25c)

Hình 1.22 Quan hệ giữa dao và gỗ trong quá trình cắt gọt

Trên hình 1.22b chúng ta dễ thấy mặt phẳng cắt (gọi tắt là mặt cắt) có hai phần: phần ab là phần đã được tạo thành và bc là phần sắp được tạo thành, còn mặt phẳng dđ

là phần mặt cắt đã được tạo ra lần trước Phần vật chất được giới hạn giữa hai mặt

26

phẳng đó được gọi là phoi Vậy phoi có dạng hình học được xác định bằng kích thước của phần vật chất giới hạn giữa hai mặt cắt kế tiếp nhau Chiều dày thực của phoi tại một điểm, một vị trí nào đó là khoảng cách của đường vuông góc với hai mặt cắt kế tiếp nhau tại điểm đó, thường được ký hiệu là h Chiều rộng của phoi là khoảng cách giữa hai đường thẳng, được tạo ra giữa mặt cắt và hai mặt bên của phôi, thường ký hiệu

là B Chiều dài của phoi là đoạn thẳng giữa hai lần gãy của phoi theo quỹ đạo chuyển động thực của dao, thường được ký hiệu là L Trong thực tế giá trị L,B,h thực của phoi sau và trước khi tạo thành có sự khác nhau, do có sự biến dạng trong quá trình tạo phoi Xét về mặt hình học, (1.22a) phần tham gia cắt gọt của dao cắt có 4 mặt và 5 cạnh Mặt phẳng ab12 là mặt mà sau khi được tạo thành, phoi chuyển động theo đó mà thoát

ra khỏi vùng cắt gọt được gọi là mặt trước Mặt phẳng ab34 là mặt đối ứng với mặt trước, trong quá trình cắt gọt, một phần của mặt phẳng này thường tiếp xúc với mặt cắt

nó được gọi là mặt sau dao cắt Còn hai mặt a14 và b23 được gọi là mặt bên Đường thẳng ab là đường giao tuyến giữa hai mặt trước và sau của dao cắt gọi là cạnh cắt Còn cạnh a1 và b2 gọi là cạnh bên trước và a4 và b3 gọi là cạnh bên sau

Dạng hình học của dao cắt còn được xác định bởi các thông số góc Để xác định thông số góc một cách chính xác người ta xét chúng trong hai trường hợp tĩnh và động Thông số dao cắt trong trường hợp tĩnh, chúng gồm có: Góc mài là góc được tạo thành bởi mặt trước và mặt sau dao cắt, thường được ký hiệu là  Đây là góc quan trọng nhất, bởi nó không những ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình cắt gọt mà nó còn là

cơ sở để chọn nguyên vật liệu, chế tạo và phương pháp chuẩn bị chúng Góc sau là góc được tạo thành bởi mặt sau và mặt cắt, thường được ký hiệu là  Góc cắt là góc được tạo thành giữa mặt trước dao cắt và mặt cắt, hay nó là tổng của hai góc mài và góc sau, thường được ký hiệu là  Góc trước là góc được tạo thành bởi mặt trước dao cắt với mặt phẳng vuông góc với mặt cắt, đi qua cạnh cắt, thường được ký hiệu bằng  Cần

27

lưu ý là góc  có thể có giá trị dương nếu  nhỏ hơn 900 và có thể có giá trị âm nếu 

lớn hơn 900 Vậy chúng ta có:

 =  +  (1-5)    = 900 (1-6) Trong trường hợp dao cắt có 2 hoặc nhiều cạnh cắt thì các cạnh cắt khác cũng được xét

tương tự, song tất cả các trường hợp gốc toạ độ đều phải lấy một điểm trên cạnh cắt,

một trục của toạ độ theo chiều tốc độ cắt, còn một trục nữa là đường thẳng vuông góc

với nó tại điểm gốc toạ độ đã chọn trên cạnh cắt Tất nhiên trong trường hợp đó dao sẽ

có thông số của cạnh cắt chính và cạnh cắt phụ, kể cả trường hợp dao cắt có hình nêm

cả hai chiều (dọc và ngang)

Bây giờ chúng ta xét thông số góc các trường hợp phức tạp hơn Thông số góc trong

trường hợp động, (hình.2.26b), tức là xét thông số góc của dao cắt trong trường hợp cả

dao và cả gỗ cùng chuyển động, tức là trong quá trình cắt gọt đồng thời có chuyển

động ăn dao U, vừa có cả chuyển động cắt V Đây là trường hợp phổ biến trong gia

công cắt gọt gỗ Trong trường hợp này thông số góc có khác với trường hợp tĩnh nêu

trên, thông số góc lúc cắt gọt trong trường hợp này người ta gọi là góc thực Tốc độ cắt

Vt ở đây sẽ là tổng hợp của hai chuyển động: Chuyển động cắt Vvà chuyển động ăn

dao U Mặt cắt ở đây được tạo thành theo hướng tốc độ cắt Vt Từ đó chúng ta có góc

thực như sau:

c c,

V

U arctg

c 

Tất nhiên góc sau cũng sẽ tăng hoặc giảm một đại lượng tương tự như góc mài Trong

cắt gọt gỗ ở những trường hợp tốc độ cắt V lớn hơn nhiều so với tốc độ đẩy U thì góc

của góc c là không thể bỏ qua