TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước
Cửa ngang gỗ và cửa gỗ là sản phẩm của gia công gỗ bằng cơ học, một phương pháp đã tồn tại từ lâu trong đời sống con người Từ gỗ, con người đã chế biến thành nhiều vật dụng phục vụ sinh hoạt, công cụ lao động và vũ khí Sự phát triển của gia công gỗ đã dẫn đến sự ra đời và tiến bộ không ngừng của lý thuyết cắt gọt gỗ, nghiên cứu các lực tác động trong quá trình gia công, công suất thiết bị cắt gỗ và chất lượng sản phẩm Những yếu tố này là cơ sở quan trọng cho việc lựa chọn hình dáng và kích thước của công cụ cắt, cũng như thiết kế và sử dụng hợp lý các thiết bị gia công Các nhà khoa học Nga như Giáo sư I.A Time, P.A Aphanaxiev và nhiều người khác đã đóng góp đáng kể vào sự phát triển của lý thuyết này.
Vào năm 1870, giáo sư I.A Time đã công bố công trình nghiên cứu "Sức bền của kim loại và của gỗ khi cắt", đánh dấu sự ra đời của lý thuyết cắt gọt gỗ đầu tiên trên thế giới Trong nghiên cứu này, ông đã chỉ ra rằng lực cắt tỷ lệ thuận với tiết diện phoi được hình thành, đồng thời giải thích hiện tượng co ngót của phoi gỗ khi cắt do biến dạng dẻo Ngoài ra, giáo sư Time cũng chứng minh rằng chiều dày và chiều rộng của phoi có ảnh hưởng đến công cắt và lực cắt khác nhau.
Năm 1886, giáo sư P.A Aphanaxiev trong công trình "Công nghệ gia công gỗ bằng cơ học" đã áp dụng lý thuyết sức bền vật liệu để khảo sát quá trình tạo phoi khi cắt gỗ Ông kết luận rằng biểu đồ ứng suất của áp lực gỗ lên mặt trước lưỡi cắt có dạng hình tam giác, trái ngược với quan điểm của giáo sư I.A Time trước đó, cho rằng áp lực gỗ phân bố đều và có dạng hình chữ nhật Đây là lần đầu tiên vai trò của lực ma sát trong quá trình cắt gỗ được đề cập.
Năm 1886, giáo sư K.A Zvôrưkin đã nghiên cứu trong công trình "Công nghệ gia công gỗ bằng cơ học" và xác định công thức tính lực cắt gỗ, chỉ ra rằng công cắt tỷ lệ thuận với thể tích phoi khi chiều dày phoi không đổi Ông cũng chứng minh rằng lực cắt tỷ lệ thuận với chiều rộng của phoi, trong khi khi chiều dày phoi thay đổi, công cắt sẽ thay đổi theo một quy luật khác.
Theo kết luận từ 230 thí nghiệm, công cắt riêng hay tỷ suất lực cắt là đại lượng biến đổi, phụ thuộc vào chiều dày phoi, và sự biến đổi này tuân theo quy luật của hàm phi tuyến.
Năm 1934, giáo sư M.A Đesevôi đã áp dụng phương pháp toán-cơ của giáo sư I.A Time để phân tích quá trình tạo phoi khi cắt gỗ, từ đó xây dựng lý thuyết cắt gọt gỗ một cách tương đối hoàn chỉnh.
Năm 1939, ông xuất bản cuốn sách "Kỹ thuật gia công gỗ", một công trình lớn bao gồm lý thuyết và kinh nghiệm thực tế trong gia công gỗ, đánh dấu sự ra đời của một tài liệu độc đáo mà chưa có tác phẩm nào tương tự trên thế giới vào thời điểm đó.
Vào thập kỷ 40 và 50 của thế kỷ trước, giáo sư M.A Đesevôi đã phát triển lý luận khoa học về việc áp dụng phương pháp toán cơ trong nghiên cứu quá trình cắt gọt gỗ Giáo sư C.A Voskresenski đã cho ra đời hai công trình quan trọng: "Về sự phân biệt giữa lực cắt và áp lực tác dụng lên phoi gỗ" và "Cắt gọt gỗ", trong đó ông phân chia lực cắt thành ba thành phần độc lập: lực tác dụng tại mũi cắt, lực tác dụng lên mặt trước của dao cắt và lực tác dụng lên mặt sau của dao cắt Các yếu tố ảnh hưởng đến các thành phần lực cắt đã được nghiên cứu một cách toàn diện Những nghiên cứu của giáo sư Voskresenski cùng với các giáo sư I.A Time, M.A Đesevôi, P.A Aphanaxiev đã hình thành và phát triển hướng nghiên cứu toán cơ, sử dụng lý thuyết sức bền vật liệu để phân tích và tính toán các lực tác dụng trong quá trình cắt gọt gỗ, một lĩnh vực nghiên cứu khó đòi hỏi kiến thức sâu rộng.
Năm 1956, giáo sư E.G Ivanovski trong tài liệu "Cắt gọt gỗ" đã chỉ ra rằng việc chỉ sử dụng phương pháp toán cơ để phân tích hiện tượng cắt gọt gỗ sẽ kìm hãm sự phát triển của lý thuyết này, do tính phức tạp của các hiện tượng vật lý liên quan Ông đã xây dựng lý thuyết cắt gọt gỗ dựa trên phân tích các hiện tượng lý hóa và phát triển các công thức thực nghiệm cho các bài toán trong công nghiệp gia công gỗ, dẫn đến việc hình thành trường phái vật lý Các nghiên cứu của ông, như "Những vấn đề mới trong cắt gọt gỗ" (1973) và "Cắt gọt gỗ" (1975), đã phân tích sâu sắc các quá trình đàn hồi, biến dạng dẻo và ma sát ở cấp độ phân tử, cùng với ảnh hưởng của tốc độ cắt Trong quá trình cắt, hiện tượng ma sát và đàn hồi giữa gỗ và dao cắt tạo ra nhiệt, ảnh hưởng đến chất lượng và thẩm mỹ của gỗ, đồng thời gây ra sự thay đổi ứng suất trong lưỡi cưa Bên cạnh đó, ông cũng xác định sự phụ thuộc của lực cắt vào điện tích của dao cắt khi cắt các loại gỗ khác nhau, tuy nhiên, nghiên cứu này yêu cầu thiết bị đo hiện đại và tốn kém do tốc độ cắt cao.
Trong các công trình nghiên cứu của mình nhƣ "Cắt gọt gỗ" (1956 và
Giáo sư A.I Besatski (1975) trong tác phẩm "Tính toán chế độ cắt gọt gỗ" đã chỉ ra rằng, trái ngược với quan điểm của giáo sư C.A Voskresenski, quá trình cắt gọt gỗ không thể tách rời thành các giai đoạn độc lập mà thực tế là chúng liên kết chặt chẽ và tác động lẫn nhau Đặc biệt, trong quá trình cắt, lưỡi cắt không di chuyển theo đường thẳng mà theo một đường cong với bán kính ρ.
Sự phân chia giữa phoi và phôi gỗ diễn ra tại điểm xa nhất của bán kính ρ, theo phương và chiều của vận tốc cắt, tạo ra mặt phân cách cho quá trình gia công.
Khu vực I trên mặt phân cách của dao cắt chịu tác dụng của lực pháp tuyến và lực ma sát, với lực tương hỗ được xem là đồng nhất Mặt sau của dao cắt, dưới tác động của lớp gỗ đàn hồi, cũng chịu lực ma sát Phân tích lực pháp tuyến và lực ma sát cho phép xác định lực cắt thành hai thành phần: lực cắt trên mặt cắt trước và mặt cắt sau của dao cắt Lực cắt trên mặt cắt trước phụ thuộc vào chiều dày của phoi, góc cắt, tốc độ cắt và góc gặp thớ, trong khi lực cắt trên mặt cắt sau phụ thuộc vào độ tù của dao và các góc liên quan Từ kết quả nghiên cứu, giáo sư A.I Besatski đã xây dựng các công thức thực nghiệm để tính toán lực cắt, công suất cắt và xác định chế độ làm việc tối ưu cho nhiều loại máy gia công gỗ, đồng thời áp dụng lý thuyết cắt gọt gỗ trong thực tiễn sản xuất tại Nga Nghiên cứu gia công gỗ bằng cơ học cũng đã được thực hiện ở nhiều quốc gia công nghiệp phát triển như Phần Lan, Mỹ và Anh.
Trong công trình nghiên cứu "Lực cắt gọt trong gia công gỗ", giáo sƣ
Kivimaa.E chia lực cắt thành hai thành phần: thành phần đầu tiên tác động lên mũi cắt, không phụ thuộc vào độ dày của phoi; thành phần thứ hai tác động lên mặt cắt trước của dao cắt, phụ thuộc vào độ dày của phoi.
Trong công trình nghiên cứu "Phân tích quá trình cắt gọt gỗ", giáo sƣ Franz N.C sau khi nghiên cứu cắt thẳng, dọc thớ ba loại gỗ Sugar pine (Pinus
Ba loài gỗ Lampertiana Dougl, Yellow birch (Betula alleghaniensis Britt) và White ash (Fraxinus Americana L.) được nghiên cứu với các đặc trưng của gỗ lá kim vùng ôn đới, gỗ lá rộng mạch phân tán và gỗ lá rộng mạch phân bố theo vòng năm Nghiên cứu được thực hiện trên 378 điều kiện khác nhau ở ba cấp độ ẩm (1,5%, 3,5% và độ ẩm bão hòa), bảy cấp chiều dày phoi (0,002; 0,005; 0,010; 0,015; 0,020; 0,025 và 0,030 inch) và sáu cấp độ của góc cắt trước (5º, 10º, 15º, 20º, 25º, 30º), đã đưa ra một số kết luận quan trọng.
- Quá trình cắt gỗ đƣợc đặc trƣng bởi 3 dạng cắt gọt cơ bản
- Quá trình hình thành phoi phụ thuộc vào đặc tính của gỗ và thông số hình học của dao cắt
- Sự hình thành phoi độc lập với tốc độ cắt
- Góc trước của dao cắt và chiều dày của vết cắt ảnh hưởng đến việc hình thành phoi
- Công cần thiết cho việc tách phoi phụ thuộc vào dạng hình thành phoi
Lực ma sát trong quá trình cắt gỗ phụ thuộc chủ yếu vào loại gỗ và độ ẩm của nó, trong khi độ nhám bề mặt của dao cắt lại ít ảnh hưởng đến lực này Điều này là do các vết mài của dao cắt thường song song với chiều chuyển động của phoi, dẫn đến sự giảm thiểu tác động của độ nhám.
- Giá trị của hệ số ma sát xem ra tương đối độc lập với góc trước và chiều dày phoi
Tình hình nghiên cứu ở trong nước
Nghiên cứu về gia công gỗ bằng cơ học, đặc biệt là cưa gỗ bằng cưa đĩa, tại Việt Nam còn hạn chế do nhiều nguyên nhân khác nhau Chỉ có một số công trình nghiên cứu đáng chú ý như "Gia công cắt gọt gỗ Việt Nam" của Nguyễn Văn Minh năm 1956 và "Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến lực và độ tù răng cưa khi xẻ gỗ Việt Nam bằng cưa sọc" của Hoàng Nguyên năm 1968 Những nghiên cứu này đã xác định được lực cắt và tỷ suất lực cắt khi cắt ngang một số loại gỗ như gỗ sến, lim, và xẻ dọc gỗ sến.
Năm 1970, Phó giáo sư, Tiến sĩ Hoàng Nguyên đã biên soạn giáo trình "Máy thiết bị gia công gỗ" phục vụ cho giảng dạy và nghiên cứu tại trường Đại học Lâm nghiệp Đây là công trình khoa học đầu tiên tại Việt Nam đề cập đến lý thuyết cắt gọt gỗ một cách đầy đủ Tác giả đã kế thừa phương pháp luận của trường phái nghiên cứu toán cơ để phân tích và giải thích các hiện tượng trong quá trình cắt gọt gỗ một cách khoa học Giáo trình cũng hệ thống hóa nhiều thành tựu nghiên cứu về cắt gọt gỗ của các nhà bác học Xô Viết, cung cấp thông tin hữu ích cho cán bộ nghiên cứu áp dụng vào sản xuất trong nước.
Vào đầu thế kỷ 21, Đại học Lâm nghiệp đã mở rộng quy mô đào tạo và đầu tư mạnh mẽ vào thiết bị hiện đại phục vụ nghiên cứu và học tập Sự phát triển này đã thúc đẩy công tác nghiên cứu khoa học và đào tạo sau đại học, dẫn đến nhiều đề tài nghiên cứu về cắt gọt gỗ, đặc biệt là cưa gỗ bằng cưa đĩa Các đề tài nghiên cứu chủ yếu tập trung vào hai hướng chính.
Xác định tỷ suất lực cắt khi gia công gỗ và lâm sản ngoài gỗ bằng các công cụ khác nhau là cần thiết để thiết kế và sử dụng thiết bị gia công hiệu quả Nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ ra rằng tỷ suất lực cắt phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ ẩm (w = 15÷20% đến wp%), thời gian làm việc (t = 0÷6h) và góc cắt (δ = 30°÷50°) khi cắt các loại gỗ như bạch đàn, keo lá tràm, keo tai tượng và tre luồng Các công thức tính toán lực cắt và công suất cắt dưới dạng hàm số mũ được phát triển, giúp ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thiết kế và cải tiến thiết bị gia công gỗ và lâm sản.
Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ và kỹ thuật đến các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của thiết bị gia công gỗ nhằm xác định chế độ gia công hợp lý để tối ưu hóa hiệu quả sử dụng.
Trong nghiên cứu của Tiến sĩ Dương Văn Tài, mô hình toán học về tỷ suất lực cắt khi cưa tre luồng bằng cưa xích đã được xây dựng lần đầu tiên tại Việt Nam, giải thích khoa học cho các hiện tượng trong quá trình cắt phức tạp Tác giả đã xác định các thông số kỹ thuật chính của xích cưa thông qua thực nghiệm và phần mềm vi tính, cung cấp tài liệu tham khảo hữu ích cho các nhà sản xuất và người sử dụng Tuy nhiên, để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn, cần vượt qua nhiều khó khăn, bao gồm việc thiếu cơ sở sản xuất xích cưa tại Việt Nam và sự phức tạp trong việc mài, giũa xích cưa có răng tổ hợp.
Trong nghiên cứu của Thạc sĩ Bùi Văn Thiện, mô hình toán học được xây dựng nhằm tối ưu hóa chi phí năng lượng riêng và năng suất cắt khi xẻ gỗ keo tai tượng bằng cưa đĩa Mô hình này giúp xác định và phân loại các nhân tố ảnh hưởng đến chi phí năng lượng và năng suất cắt Thông qua phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, tác giả đã phát triển hàm tổng quát cho chi phí năng lượng và năng suất cắt, phụ thuộc vào ba yếu tố chính: vận tốc cắt, vận tốc đẩy và góc mài Nghiên cứu cũng đã xác định các giá trị hợp lý của các thông số để đạt được mục tiêu chi phí năng lượng thấp và năng suất cao.
Trong nghiên cứu của Thạc sĩ Đặng Xuân Thức, các yếu tố chế độ cắt gọt như tốc độ cắt, tốc độ đẩy và chiều rộng của lưỡi cưa đã được xác định ảnh hưởng đến chất lượng mạch xẻ khi sử dụng cưa đĩa P-200 để xẻ ván nhân tạo Nghiên cứu đã chỉ ra các giá trị tối ưu cho các thông số khi xẻ ván nhân tạo có độ dày 20 mm, nhằm đạt được chất lượng gia công cao nhất.
Nghiên cứu cắt gọt gỗ, đặc biệt là cưa gỗ bằng cưa đĩa, đã được thực hiện một cách hệ thống trên toàn thế giới Trong ba trường phái nghiên cứu, trường phái toán cơ, dựa trên lý thuyết sức bền vật liệu, nổi bật hơn nhờ khả năng giải thích hiện tượng và xây dựng mô hình toán học để phân tích các lực tác dụng trong quá trình cắt gọt Phương pháp luận của trường phái này sẽ được áp dụng để xây dựng mô hình toán học với mục tiêu tối ưu hóa chi phí năng lượng và cải thiện chất lượng bề mặt gia công trong nghiên cứu này.
Nghiên cứu về cưa đĩa cung cấp tài liệu tham khảo quý giá, hỗ trợ chúng tôi trong việc xác định giới hạn nghiên cứu và các trị số biên của những thông số ảnh hưởng một cách khoa học và hiệu quả kinh tế.
Trong những năm gần đây, nghiên cứu về cắt gọt gỗ và lâm sản ngoài gỗ, đặc biệt là cưa gỗ bằng cưa đĩa, đã nhận được sự quan tâm tại Việt Nam Tuy nhiên, các nghiên cứu vẫn còn hạn chế và chưa toàn diện, đặc biệt là về cưa ngang gỗ keo lá tràm Việc áp dụng kết quả nghiên cứu vào sản xuất thực tế cũng còn nhiều bất cập Do đó, cần tiến hành nghiên cứu sâu rộng hơn về cắt gọt gỗ và cưa gỗ bằng cưa đĩa để đáp ứng nhu cầu thực tiễn hiện nay Đề tài "Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số thông số đến chi phí năng lượng riêng và chất lượng bề mặt gia công khi cưa ngang gỗ keo lá tràm (Acacia auriculiformis Cunn) bằng cưa đĩa" là cần thiết, bởi nó mang lại ý nghĩa khoa học và thực tiễn quan trọng.
Bài viết nghiên cứu kết hợp lý thuyết và thực nghiệm để xây dựng các mô hình toán học mô tả mối quan hệ giữa chi phí năng lượng và chất lượng bề mặt gia công Nghiên cứu này nhằm tối ưu hóa quá trình cắt ngang gỗ, giúp lựa chọn chế độ cắt hợp lý khi gia công gỗ trên máy cưa đĩa, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm.
- Làm cơ sở cho việc nghiên cứu các khía cạnh khác của quá trình cắt gỗ
Lựa chọn các thông số công nghệ hợp lý khi gia công gỗ trên máy cưa đĩa không chỉ giúp nâng cao năng suất mà còn giảm giá thành sản phẩm.
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu quá trình cưa ngang gỗ keo lá tràm bằng cưa đĩa đã xác định được các quy luật và mức độ ảnh hưởng của các yếu tố như góc mài cạnh cắt ngắn, góc mài cạnh cắt bên, và tốc độ đẩy đến chi phí điện năng riêng cũng như chất lượng bề mặt gia công Kết quả này giúp lựa chọn các thông số kỹ thuật hợp lý, từ đó xây dựng cơ sở dữ liệu cho việc sử dụng hiệu quả máy cưa đĩa.
Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố như góc mài cạnh cắt ngắn, góc mài cạnh cắt bên, và tốc độ đẩy là rất quan trọng để tối ưu hóa chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt gia công Nghiên cứu này tập trung vào việc cưa ngang gỗ keo lá tràm bằng cưa đĩa, nhằm cải thiện hiệu suất và chất lượng sản phẩm.
Xác định giá trị hợp lý cho góc mài cạnh cắt ngắn và góc mài cạnh cắt bên là rất quan trọng Tốc độ đẩy cần được điều chỉnh để đáp ứng yêu cầu về chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt gia công Một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất để đánh giá chất lượng bề mặt gia công là đảm bảo độ nhám là nhỏ nhất.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
2.2.1 Thiết bị gia công Đề tài chọn máy cưa đĩa ц6 được lắp đặt tại xưởng thực hành của Viện gỗ Trường Đại học Lâm nghiệp Đây là thiết bị dùng để đào tạo kỹ năng thực hành cho sinh viên, những nhà quản lý sản xuất trong lĩnh vực chế biến gỗ trong tương lai và cũng là loại cưa đĩa được sử dụng rộng rãi trong sản xuất hiện nay Tuy nhiên, do cƣa đĩa ц 6 không có cơ cấu đẩy gỗ cho nên quá trình thí nghiệm cƣa ngang gỗ đƣợc tiến hành trên bộ khung cƣa đĩa thí nghiệm tại trung tâm Thí nghiệm và Thực hành khoa Cơ điện và Công trình có điều chỉnh chế độ cắt hoàn toàn giống nhƣ chế độ cắt xác định cho cƣa đĩa ц 6
Gỗ keo lá tràm từ 6 đến 10 tuổi là một trong những loại gỗ quan trọng trong ngành trồng cây, với độ cứng trung bình, thích hợp cho sản xuất nhiều sản phẩm mộc đa dạng Tính chất vật lý và cơ học của gỗ keo lá tràm được trình bày chi tiết trong bảng 2.1 và 2.2.
Bảng 2.1 Tính chất vật lý của gỗ keo lá tràm
Thông số Trị số Đơn vị
Khối lƣợng thể tích 0,47 g/cm 3 Độ co rút: - Phương xuyên tâm
Hệ số co rút thể tích 0,41 % Độ hút ẩm 23,6 % Độ ẩm gỗ tươi 75 % pH 6,5
Bảng 2.2 Một số tính chất cơ học của gỗ keo lá tràm
Thông số Trị số Đơn vị Độ bền ép dọc thớ 462 Kgf/cm 2 Độ bền uốn tĩnh Xuyên tâm 1028 Kgf/cm 2
Mô dun đàn hồi Xuyên tâm 90×10 3 Kgf/cm 2
Sức chống tách Xuyên tâm 10 Kgf/cm 2
Tiếp tuyến 12 Kgf/cm 2 Độ cứng tĩnh 460 Kgf/cm 2
Bài nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá chất lượng máy qua chi phí năng lượng riêng và chất lượng sản phẩm thông qua độ nhám bề mặt gia công Các yếu tố ảnh hưởng được xem xét bao gồm góc mài cạnh cắt ngắn, góc mài cạnh cắt bên và tốc độ đẩy trong quá trình cưa ngang gỗ keo lá tràm.
Nội dung nghiên cứu
Để đạt đƣợc mục tiêu đạt ra, đề tài thực hiện các nội dung nghiên cứu sau:
+ Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí năng lượng và chất lượng bề mặt gia công khi cưa ngang gỗ keo lá tràm bằng cưa đĩa là rất quan trọng Các yếu tố này không chỉ tác động đến hiệu suất cắt mà còn ảnh hưởng đến chi phí sản xuất và chất lượng sản phẩm cuối cùng Việc hiểu rõ các yếu tố này sẽ giúp tối ưu hóa quy trình cắt và nâng cao hiệu quả kinh tế trong ngành chế biến gỗ.
- Nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố
- Nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố
- Xác định các thông số công nghệ tối ƣu
- Cƣa ngang gỗ keo lá tràm trên máy cƣa đĩa với thông số công nghệ tối ƣu.
Phương pháp nghiên cứu
2.4.1 Lựa chọn phương pháp nghiên cứu
Các phương pháp nghiên cứu chủ đạo được sử dụng để giải quyết các nội dung nghiên cứu của đề tài là:
Phương pháp kế thừa là cách tiếp cận quan trọng, giúp tổng hợp và phân tích các kết quả nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực đề tài, từ đó thu thập thông tin giá trị từ cả thế giới và Việt Nam.
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết nhằm thiết lập hệ thống quan điểm qua việc đưa ra các qui luật mới, đặc biệt phù hợp khi nghiên cứu các đối tượng và hệ thống có thể phân chia rõ ràng các hiện tượng và quá trình vật lý Trong bối cảnh nghiên cứu máy cưa đĩa và quá trình cưa ngang gỗ, các chỉ tiêu đánh giá chất lượng như chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt có thể được tính toán theo công thức lý thuyết Nghiên cứu lý thuyết được áp dụng trong phần cơ sở lý luận của đề tài, kế thừa phương pháp luận từ trường phái toán cơ, chúng tôi xây dựng mô hình toán học cho quá trình cưa ngang gỗ keo lá tràm với hàm mục tiêu là chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt gia công, phụ thuộc vào các thông số đặc trưng cho chế độ và điều kiện gia công Từ các mô hình toán học này, chúng tôi phân loại các yếu tố ảnh hưởng và giải thích các hiện tượng xảy ra trong quá trình cưa một cách khoa học.
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm cổ điển đòi hỏi phải cố định các nhân tố khác khi nghiên cứu sự ảnh hưởng của một nhân tố, dẫn đến việc tốn kém và nhiều thí nghiệm Phương pháp này chỉ cho phép xác định các mối phụ thuộc đơn định giữa các chỉ tiêu đánh giá và yếu tố ảnh hưởng một cách riêng lẻ Mặc dù có các phương trình tương quan, chúng thường chỉ là những trường hợp riêng lẻ, không cung cấp kết quả chính xác về mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố trong mối tương tác giữa chúng, cũng như gặp khó khăn trong việc tìm kiếm phương án phối hợp tối ưu các yếu tố để tối ưu hóa quá trình theo mục đích đã xác định.
Nhằm khắc phục những nhược điểm của phương pháp nghiên cứu thực nghiệm cổ điển, chúng tôi đã lựa chọn phương pháp nghiên cứu thực nghiệm mới, cụ thể là phương pháp qui hoạch thực nghiệm Phương pháp này cho phép khảo nghiệm máy và thu thập dữ liệu một cách chủ động theo kế hoạch và chiến lược đã được xác định trước Với nền tảng toán học vững chắc, đặc biệt là trong lĩnh vực thống kê, phương pháp qui hoạch thực nghiệm sử dụng các công cụ như phân tích phương sai và phân tích hồi quy, mang lại nhiều ưu điểm nổi bật so với các phương pháp cổ điển.
- Giảm đáng kể số lƣợng thí nghiệm cần thiết;
- Giảm thời gian tiến hành thí nghiệm và chi phí phương tiện vật chất;
Hàm lượng thông tin được nâng cao và rõ ràng hơn nhờ vào việc đánh giá vai trò của sự tương tác giữa các yếu tố và ảnh hưởng của chúng đến hàm mục tiêu.
Mô hình toán học thực nghiệm giúp đánh giá sai số thí nghiệm và xác định ảnh hưởng của các thông số với mức độ tin cậy cao.
Bằng cách sử dụng công cụ toán học, chúng ta có thể xác định chính xác các điều kiện tối ưu đa yếu tố trong nghiên cứu, thay vì chỉ áp dụng các phương pháp giải gần đúng và tìm kiếm tối ưu cục bộ qua các thí nghiệm thụ động.
Nội dung chủ yếu của phương pháp qui hoạch thực nghiệm :
- Chọn mục tiêu thực nghiệm;
- Chọn tham số điều khiển;
- Chọn các thiết bị đo;
- Tiến hành công tác chuẩn bị;
- Tiến hành các thí nghiệm thăm dò;
- Tiến hành thực nghiệm đơn yếu tố;
- Tiến hành thực nghiệm đa yếu tố
2.4.2 Chọn mục tiêu thực nghiệm
Mục tiêu nghiên cứu thực nghiệm của đề tài là xác định chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt gia công, phù hợp với yêu cầu nghiên cứu.
2.4.3 Chọn tham số điều khiển
Trong quá trình cưa ngang gỗ, các yếu tố như loại gỗ, cơ lý tính, độ ẩm, hình dáng và kích thước được coi là những đại lượng ngẫu nhiên và không thay đổi trong thí nghiệm Để giảm thiểu ảnh hưởng của chúng đến độ chính xác, chúng tôi đã chọn cây gỗ keo lá tràm có điều kiện sinh trưởng đồng nhất, cùng độ tuổi và đường kính trung bình 20cm, sau đó xẻ hộp dày 10cm và phơi để đạt độ ẩm bão hòa 30% Do đó, chỉ còn lại các yếu tố thuộc về máy và chế độ gia công, đây là những yếu tố có thể điều khiển và ảnh hưởng đến hai hàm mục tiêu chính.
- Đường kính của đĩa cưa;
- Các thông số hình học của răng cƣa;
- Độ tù của mũi cắt khi làm việc;
Điện thế nguồn cho động cơ trong quá trình khảo nghiệm là yếu tố quan trọng Đường kính của đĩa cưa ảnh hưởng đến tốc độ cắt, chiều rộng mạch cưa, chi phí năng lượng và độ nhám bề mặt gia công Đường kính đĩa cưa được lựa chọn dựa trên chiều cao mạch cưa, trong đó chiều cao mạch cưa được giữ cố định ở 10 cm, dẫn đến việc chọn đĩa cưa có đường kính 35 cm.
Tốc độ cắt ảnh hưởng đến chi phí năng lượng và độ nhám bề mặt gia công chỉ khi nằm ngoài giới hạn 31,5m/s đến 95,5m/s Vì số vòng quay của động cơ, tỷ số truyền của bộ truyền đai và đường kính đĩa cưa không thay đổi, độ tù của mũi cắt được xác định bởi bán kính ρ.
Theo tài liệu [9, 22], độ tù chỉ ảnh hưởng đến lực cắt sau một giờ làm việc liên tục, do đó để giảm thiểu tác động này, cần chuẩn bị lại đĩa cưa sau mỗi giờ thí nghiệm Hơn nữa, điện thế làm việc cũng ảnh hưởng đến các thông số nghiên cứu và độ chính xác của kết quả, vì vậy việc khảo nghiệm chỉ nên thực hiện khi điện thế ổn định theo yêu cầu kỹ thuật của máy cưa.
Chỉ còn ba yếu tố cần khảo nghiệm để đánh giá ảnh hưởng của chúng đến hai hàm mục tiêu, bao gồm chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt gia công.
- Góc mài cạnh cắt bên β 1 đƣợc chọn trong giới hạn β 1 = 40÷60 o ,theo kết quả nghiên cứu của các công trình [23,25,30]
- Góc mài của cạnh cắt ngắn β2 chọn trong giới hạn β2 = 30÷50 o , theo kết quả nghiên cứu của các công trình [23,25,30]
Tốc độ đẩy trong quá trình cưa gỗ được xác định dựa trên yêu cầu động học, khả năng làm việc của dụng cụ cắt và bộ phận động lực Theo nghiên cứu, tốc độ đẩy thích hợp là từ 4 đến 12 m/ph và có thể điều chỉnh nhờ bộ phận biến tần.
- Đo công suất cắt chúng tôi sử dụng bộ
Máy đo Fluke 41B cho phép đo và ghi lại các thông số kỹ thuật quan trọng của dòng điện, bao gồm tần số, cường độ dòng điện, hiệu điện thế, giá trị cosθ và công suất tiêu hao.
- Đo tốc độ quay của trục cƣa, tốc độ đẩy bằng đồng hồ đo mã hiệu HT-
3100 của hãng Ono sokki Nhật Bản có các thông số kỹ thuật chính (biểu 2.3)
Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật của đồng hồ đo HT- 3100
Khoảng đo Mức thấp 1,5 ÷2000v/ph
Mức cao 15÷ 10000v/ph Độ chính xác Mức thấp ±0,01v/ph (1,5÷ 1249,9 v/ph)
- Xác định độ ẩm của gỗ theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8029-12009 với các thiết bị sử dụng để cân sấy mẫu: Cân điện tử, tủ sấy
- Đo độ nhám bề mặt gia công bằng máy đo TR-300 sản xuất tại Trung Quốc có độ chính xác 5%;
- Đo góc mài bằng đồng hồ đo mã hiệu TY-2-034-666-82 sản xuất tại Liên bang Nga
2.4.5 Tiến hành công tác chuẩn bị