Tính toán, thiết kế cơ cấu truyền động và kết cấu của thiết bị rút lõi gỗ dừa

Từ những vấn đề đã phân tích trên đây người nghiên cứu thấy rằng việc chế tạothành công máy tách vỏ và lõi dừa sẽ mang một ý nghĩa rất quan trọng trong công nghệtìm nguồn nguyên liệu tha

-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

-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

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

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 thuộcTrường 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 tôihọc 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

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

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

1.2.2 Đối tượng gia công

1.2.3 Đối tượng nghiên cứu

1.2.3.1 Đối tượng nghiên cứu chủ yếu

1.2.3.2 Sự phát triển của các hệ thống khoan lõi

1.2.3.3 Một số kết cấu máy gia công nguyên liệu dừa

1.2.3.4 Bản chất của quá trình cắt gọt rút lõi cây dừa

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

bị rút lõi gỗ dừa

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

pháp chọn

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 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

2.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Trang

iiiiiivvivii1

355777815223436

43434344

2.4.1 Phương pháp tiếp cận hệ thống

2.4.2 Phương pháp giải tích toán học

2.4.3 Phương pháp tối ưu hoá

2.4.4 Phương pháp xác định thông số nghiên cứu của máy

2.4.5 Phương pháp tiếp cận công nghệ mới

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 NGUYÊN LIỆU CÂY DỪA

3.1.1.Thông tin chung về cây dừa

3.1.2 Cấu tạo và tính chất của cây dừa

3.1.2.1 Cấu tạo thô đại

3.1.2.2 Cấu tạo hiển vi

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

3.1.4 Độ ẩm của nguyên liệu

3.1.5 Tính chất cơ học

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

3.1.5.2.Giới hạn bền nén ngang tiếp tuyến thân dừa

3.1.5.3 Giới hạn bền nén ngang xuyên tâm gỗ dừa

3.1.5.4.Giới hạn bền kéo dọc gỗ dừa : (TCVN364 – 70)

3.1.5.5 Giới hạn bền uốn tĩnh gỗ dừa : (TCVN365 – 70)

3.1.5.6 Modul đàn hồi uốn tĩnh của gỗ dừa (Mpa) : (TCVN370 – 70)

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

cừ theo TCVN

3.2 LỰA CHỌN NĂNG SUẤT LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG

4445454546

47474747495151525253545556565758595960626264

3.3 LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG

3.4 ĐỊNH HƯỚNG THIẾT KẾ

3.5 THIẾT KẾ TÍNH TOÁN CÁC BỘ PHẬN CỦA MÁY CẮT RÚT LÕI

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

số truyền theo nguyên lý ban đầu

3.5.2 Tính toán bộ truyền đai

3.5.3 Tính toán bộ truyền bánh răng nón

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

răng nón nhỏ ( Trục 1)

3.5.5 Thiết kế và tính toán bền cho trục chứa bánh răng côn lớn (trục 2)

3.5.6 Lắp ráp kết cấu truyền động và dao cắt

3.5.7 Thiết kế kết cấu khung cho máy

3.5.8 Thiết kế,Tính toán bộ truyền trục vít me

3.5.9 Thiết kế, tính toán bộ phận kẹp phôi dừa

3.5.10 Bản vẽ kết cấu máy rút lõi xem phụ lục 1

3.5.11 Bản mô phỏng lắp ráp và hoạt động của máy rút lõi

Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

4.1 KẾT LUẬN

4.2 KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC 1: Bản vẽ kết cấu máy rút lõi

PHỤ LỤC 2: Tính lực trên visme

6566666667747782868996100103103

104104106114145

CÁC KÍ HIỆU DÙNG TRONG ĐỀ TÀI

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

bảng

inventor12

3.26 Biều đồ ứng suất do xoắn 80

DANH MỤC CÁC HÌNH

hình vẽ

1.3 Một số dạng mũi khoan dùng để khoan lấy lõi 6

1.7 Các dấu vết trong cái hộp đá granite trong “Phịng vua” của kim tự

11tháp Lớn

1.9 Các vịng trịn trên ảnh này cho thấy một số chỗ mà du khách cĩ

12thể tìm thấy các lỗ khoan đĩ

1.11 Dấu vết khoan lấy lõi trong đá basalt, sử dụng 2 lưỡi khoan trịn cĩ

13bán kính khác nhau, tạo thành một cái ống

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

14

Cĩ niên đại khoảng 6.000 năm

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

14nay

1.19 Mơ hình máy thí nghiệm 20

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

1.33 Sơ đồ hệ thống máy phát – động cơ Ward – léonard 41

3.9 Bộ truyền bánh răng nón sau khi đã tính toán và kiểm nghiệm 76

3.23 Kết cấu đế giữ phôi dừa và tương quan kích thước với băng trượt

92bi

MỞ ĐẦU

Khi đời sống của con người ngày càng được nâng cao, nhu cầu sử dụng gỗ ngàycàng tăng cả về số lượng và chất lượng Trong khi đó, khả năng cung cấp gỗ của rừngngày càng hạn chế Vì vậy, tìm kiếm nguồn nguyên liệu ngoài gỗ để tạo nên vật liệumới 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 sảnxuất ván nhân tạo Số liệu dẫn ra dưới đây về sử dụng dạng phế liệu nông nghiệp trongsản 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, yếnmạch, …) -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 nôngnghiệp được đưa vào sản xuất ván nhân tạo ở nhiều nước trên thế giới còn cao hơntổng trọng lượng gỗ Tổng khối lượng thực vật thân thảo và phế liệu nông nghiệpthường ổn định hàng năm và có thể thu mua dễ dàng Tuy nhiên, những dạng vật liệunày cũng có nhược điểm là dễ mục, biến màu nếu để ngoài trời Vì vậy, để giữ chúngđược tốt, thuận tiện cho sử dụng về sau, cần tiến hành chế biến, phân lọai, bảo quảnchúng ngay sau khi thu họach

nhân tạo còn chưa được chú ý đúng mức Điều này, một mặt do tập quán sản xuất và sửdụng vật liệu của người Việt nam Mặt khác do chưa có những nghiên cứu hoàn chỉnh vàchuyển giao công nghệ của cơ quan nghiên cứu cho nhà sản xuất, nên việc sử dụng thực vậtsản 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 pháttriển rất mạnh nam bộ Ngoài những công dụng hữu ích, thân cây dừa còn gây ra nhiều

bất lợi cho đời sống xã hội Vì vậy, cần sử dụng triệt để nguồn thực vật này vào sảnxuất những sản phẩm có ích Một trong những sản phẩm có thể sản xuất quy mô côngnghiệp 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”.

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 cácsản phẩm từ quả dừa, lá dừa thì thân cây dừa cũng được sử dụng để chế tác đồ mỹ nghệ, sửdụng cho các công trình xây dựng đơn giản… Cho đến nay các quốc gia thành viên củaHiệp Hội Dừa Châu Á-Thái Bình Dương (APCC) đã sản xuất và xuất khẩu được hơn 70chủng loại sản phẩm từ dừa, trong đó Philippines đóng góp hơn 40 loại sản phẩm từ dầudừa, 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 triệuUSD trong năm 1996 Tại Việt Nam, cửa hàng thủ công Mỹ nghệ Trường Ngân ở Bến Tresản 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 havào 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 Namnhưng nhiều nhất là ở vùng ĐBSCL với trên 70%, kế đến là các tỉnh Nam Trung Bộ (từ ĐàNẳng trở vào) chiếm gần 20% Ở ĐBSCL, diện tích trồng dừa nhiều nhất là Bến Tre (38.000ha), kế đến là Trà Vinh (12.418 ha), Bình Định (12.000 ha) Từ năm 2004 đến nay do hoạtđộng chế biến dừa trái gia tăng, giá bán nguyên liệu dừa trái lên rất cao nên diện tích trồngdừa ở các địa phương liên tục tăng, riêng tỉnh Bến Tre đã tăng thêm gần 3.000 ha, đạt38.000 ha

- Cây dừa mọc thẳng đứng, suôn, bền chắc, càng lầu năm càng dẻo dai nhiều vân, màusắc Gỗ dừa có độ bền cơ học khá tốt, có vân thớ đẹp, khả năng đáp ứng cho công nghệ sảnxuất 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 rừngngày 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 cấpbách hiện nay

- Với các đặc tính gần như gỗ và là một nguồn nguyên liệu chế biến gỗ rất tốt trongtương lai, thân cây dừa sẽ là một trong những giải pháp tốt nhất để thay thế cho gỗ trongcông 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 thànhván nhân tạo, tuy nhiên công nghệ chế biến có khác nhau, Với phần thân cứng bênngoài việc tạo ván nhân tạo sẽ nhanh và ít tốn công hơn phần lõi Phần lõi mềm hơn, đểtạo ra ván ép nhân tạo chúng phải được thêm vào một số chất phụ gia khác và trải quaquá 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 làmhỏng cả 2 phần này nếu không được thực hiện tốt, mặt khác hiệu quả kinh tế bằngphương pháp này mang lại cũng không cao Một phương pháp hữu hiệu và mang tínhcông nghiệp hơn đó là chế tạo một loại máy có thể bóc tách một cách tự động 2 phầnnày

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

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

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

Hình 1.4 Hình dáng thân cây dừa

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 thẳngnhất 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, pháhuỷ, độ dai,… Sẽ được sử dụng để tính toán để chọn hình dạng và góc độ dao rút lõicho phù hợp sau đó các kết quả này sẽ được dùng để tính toán cho toàn bộ kết cấu củamáy rút lõi như công suất, tốc độ động cơ quay dao động cơ chuyển động, độ bền củakết 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 củathân cây dừa là một một yếu tố quan trọng và phải được xem xét đầu tiên, nó quyếtđịnh đến năng suất và mức độ khả thi của toàn bộ quá trình rút lõi, hơn nữa việc chọnhình dạng và góc độ dao sẽ là yếu tố quyết định đến năng suất và tính kinh tế của việctách lõi

Với hình dạng thân cây dừa đã được xem xét và trình bày ở các phần trên, chúng tanhận 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 tựđộng 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…, việcnghiên 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.

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 vàluyện kim, sự chế tạo các mũi khoan, kinh nghiệm sử dụng vật liệu mài, kỹ thuật xoaytròn – 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 sửthì 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

Năm 1996, mảnh đá granite này được trưng bày tại Bảo tàng Cairo mà không có bất kỳthông tin chú thích nào cả, có lẽ là miễn bình luận do nó quá kỳ dị Các hình ảnh chothấy những rãnh xoắn ốc Dễ nhận thấy rằng chiều sâu và khoảng cách các rãnh tròn làđều đặn, được tạo ra bằng phương pháp khoan lấy lõi.

Vậy thì, những người sống trên vùng đất Ai Cập thời thái cổ làm thế nào tạo rađược 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 dụngrất rộng rãi để chế tác đá cứng, nhiều khi chỉ để loại bỏ phần đá thừa trong các tácphẩm của họ Điều đó chứng tỏ kỹ thuật khoan cơ khí này là rất dễ dàng đối với vậtliệu 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 là1/60, 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 phầncòn lại của Ai Cập cổ đại, cho thấy trình độ công nghệ cao hơn hẳn

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 khigiao nhau, chứng minh rằng nó đã được thực hiện chỉ đơn thuần là để loại bỏ phần đáthừa đó”

Ngài W.M Flinders Petrie, nhà Ai Cập học số 1 Anh quốc, 1883 Các nhà xây dựng cổđại đã sử dụng một ống khoan lấy lõi để đục rỗng cái bồn đá trong “phòng Vua” củaKim Tự Tháp Lớn Họ đã khoan và để lại một dấu khoan ống ở phần trên bên trong củacái 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:

Hình 1.7

Các dấu vết trong cái hộp đá granite trong “Phòng vua” của kim tự thápLớn 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 bởimột mũi khoan lấy lõi trong đá granite đỏ Các vòng tròn màu xanh trên sơ đồ là nơi cóthể nhìn thấy chúng trong các thanh dầm granite trên cao, tại Đền Thung lũng, gầntượng 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.

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

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 Mộtmẫu máy xén dừa tươi thử nghiệm đã được thiết kế, chế tạo mô hình, kiểm tra và đánhgiá kết quả Thiết bị dùng một dao nghiêng, chuyển động trong mặt phẳng đứng để xéndừa Dao được kẹp chặt và có thể quay quanh trục X nằm thẳng đứng Những thànhphần chính của máy bao gồm sườn máy, bộ phận xén thân, bộ phận xén vai, bộ phậncắt tạo mặt phẳng đáy, hệ thống xoay, ba bộ gá kẹp dừa, một cổ góp điện, một nguồndẫn 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 kẹpnày 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 lệtrái xén bị hư là 2,5% và tỷ lệ vỏ dừa không cắt là 14,5% Các thông số trên đã đượcnhững thương gia và nhà sản xuất máy chấp nhận

Hình 1.15

Mô hình thí nghiệm máy xén vỏ dừa tươi

Nguyên lý thiết kế là tiến hành xén dừa khi trái đã được kẹp chặt và xoay quanhtrục đứng, sử dụng một dao nghiêng, sắc, chuyển động trong mặt phẳng đứng Mẫu thửnghiệm 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 trênsườn máy Trên mâm tròn có gắn ba bộ gá kẹp dừa giống nhau, lệch nhau 1200, mỗi bộ

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 mákẹp 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 mộttrục 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 đượcbọc một miếng cao su hình cone Tác dụng của miếng cao su này là kẹp chặt phần đỉnhcủa trái chưa xén, hoặc phần cuống của trái đã xén Lò xo tạo ra lực nén cho trái trongkhi công tắc hành trình điều khiển lực nén này Mỗi bộ gá kẹp có thể tự thay đổi hìnhdáng, nhằm tạo thuận lợi cho quá trình cắt những phần khác nhau của trái trong cácbước 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 làmnhiệm 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 trụccủa nó trong suốt quá trình chạy máy Toàn bộ hoạt động và sự đồng bộ hóa các bộphận máy được điều khiển bằng các môtơ, công tắc hành trình và PLC Bộ sườn máyrộng 1m, dài 1,7m và được đặt trên một tấm phẳng có gắn bốn bánh xe Sườn máyđược làm từ thép L dày 5m Bộ phận xén thân (hình 5) gồm dao xén được gắn vào cơcấu nạp liệu, được dẫn động bằng một động cơ DC, điều khiển bằng công tắc hànhtrình

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 xénchân đặc trưng bằng một dao thẳng, rất sắc, được gắn trên một cơ cấu cấp phôi giốnghai bộ phận trước Việc xén chân diễn ra hoàn toàn tự động, trong khi việc nạp liệu vàlấy sản phẩm sau khi hoàn tất do người vận hành máy thực hiện thủ công tại bộ phậnxén chân

Bệ xoay (hình 4) làm nhiệm vụ chuyển dừa từ bộ phận này sang bộ phận kháccho đến khi hoàn tất quá trình xén, bệ tròn xoay với tốc độ 8,8v/p Ngoài ra trên bệ nàycòn gắn một trục có đường kính 37,5mm nhằm dẫn động cho bộ gá kẹp dừa quay vớitốc độ 300v/p Cổ góp của bộ phận tiếp điện được làm bằng ống PVC Phần trong ốnggắn 14 vòng đồng, bên ngoài gắn chổi quét bằng carbon Chổi quét và vòng đồng làmột phương pháp tiếp điện phổ biến, vì nếu dùng dây điện có thể bị quấn vào máy khihoạt 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 xoayvới tốc độ 300v/p Moment từ động cơ truyền sang các bộ phận khác thông qua nhiềubánh 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

Hình 1.17 Bộ Phận Xén ChânĐầu tiên, người đứng máy bỏ trái dừa chưa xén số 1 vào bộ phận kẹp tại bộ phậnxén thân, đây cũng là nơi thu sản phẩm sau khi hoàn tất xén Tại đây, phần trên của cơcấu kẹp đi xuống và kẹp chặt dừa lại Sau khi hoàn toàn kẹp chặt dừa, công nhân ấn nútđiều khiển bắt đầu quá trình xén Trái dừa bắt đầu quay trong khi bệ xoay xoay 1200chuyển trái đến bộ phận xén thân Khi quá trình này hoàn tất, máy sẽ dừng lại, côngnhân tiếp tục bỏ trái dừa số 2 vào cơ cấu kẹp thứ 2 tại bộ phận cắt chân, sau đó nhấnnút 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 hìnhdáng 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 nhântiếp tục bỏ trái dừa số 3 vào cơ cấu kẹp thứ 3, sau đó khởi động máy nhằm chuyển trái

số 3 vào bộ phận xén thân, trái số 2 vào bộ phận xén vai và trái số 1 vào bộ phận cắttạo đáy.

Khi trái số 1 chuyển tới bộ phận xén chân, phần trên của cơ cấu kẹp lại tịnh tiếnxuống kẹp chặt trái, đồng thời ba má kẹp nhả ra, cho phép dao cắt ngang qua phần chântrái dừa Trong khi đó, hai trái dừa khác cũng được xén đồng thời Sau bước xén chân,trái số 1 đã hoàn tất quá trình xén,

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 đềuđồng thời được xén, một tại bộ phận xén thân, một tại bộ phận xén vai, và một tại bộphận xén chân Nhiệm vụ của người vận hành máy chỉ là lấy thành phẩm và nạp liệucho máy tại bộ phận xén chân, sau đó nhấn nút điều khiển để khởi động máy Mỗi lầnnhấn nút điều khiển, bệ xoay sẽ xoay 1200 để chuyển trái dừa sang bước tiếp theo Khitrái đã nằm tại vị trí làm việc, trục của cơ cấu kẹp bắt đầu quay làm trái quay, dao cắtbắt đầu tiến vào cắt, sau đó quay trở lại vị trí ban đầu Vào lúc này, máy dừng lại đểcông nhân có thể lấy thành phẩm và nạp liệu cho máy

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 daoxén thân và trục Y thường là 760 (hình 1) tạo độ côn cho thân sản phẩm Góc giữa lưỡidao xén vai và trục X thường là 560, tạo độ côn cho phần cuống của trái Hai thông sốgóc 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 nhấtảnh hưởng tới năng suất và quá trình cắt của máy Trong quá trình thử nghiệm, góc αđược cho theo những giá trị 560 ; 58,50 ; 610 ; 63,50 và 660 Thử nghiệm 10 trái dừagià với góc α như trên, mỗi trái đều đo kích thước, chiều cao và khối lượng Sau đó,

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

ANOVA đã chỉ ra rằng sự biến thiên của góc dao α ảnh hưởng đến chất lượngmáy, 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 hưởngđến 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

Độ đàn hồi cũng giảm dần từ 5,37 đến 3,86Mpa sau một thời gian lưu trữ trái(hình 6) Khi dao tiếp xúc vỏ, dao bắt đầu làm vỏ biến dạng cho đến khi đủ lực nén dao

sẽ cắt được dừa Hoạt động cắt trong giai đoạn này sẽ lâu hơn nếu xén dừa xanh Nóitóm lại, thời gian trữ dừa càng lâu thì diện tích vùng xơ còn lại càng nhiều

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 chocùng chính là quá trình sử dụng nguyên lý tiện đồng loạt để lấy đi lớp vật liệu giữaphần 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 cầnthiết để tìm ra một số các thông số cắt gọt như quá trình gọt vỏ quả dừa đã đề cập ởphần trên, Tuy nhiên để tăng độ tin cậy khi thiết kế dao tách lõi và các bộ phận chi tiếtquan 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 hóacủa 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 vàchọn các thông số chính của máy tách lõi là đi xác định lực cắt sinh ra trong quá trìnhcắt gọt và tách lõi, muốn cắt kim loại, gỗ hay bất kỳ một loại vật liệu nào khác cũngcần phải tác dụng vào dao một lực để thắng được lực liên kết trong nôi bộ của vật cầncắt Nghiên cứu lực cắt có một tầm quan trọng rất lớn vì biết lực cắt mới tính đượccông suất tiêu thụ của máy, mới tính được lực kẹp chi tiết để trên cơ sở thiết kế đồ gáv.v Lực cắt lớn hay nhỏ ảnh hưởng đến tuổi bền của dao và chất lượng bề mặt giacông

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

Khi cắt, trên mặt trước của dao do phoi đập vào nên có lực pháp tuyến N1 (hình 1.24),đồng thời do phoi chuyển động nên có lực ma sát F1, ta có:

Hình 1.21 Phân tích lực cắt khi cắt kim loạiTrên mặt sau của dao do biến dạng đàn hồi và chuyển động nên có áp lực N2 và

Để nghiên cứu lực cắt người ta phân lực cắt thành các thành phần theo cácphương cần thiết Khi tiện, các thành phần lực cắt có phương trùng với phương của cácchuyển động cắt gọt (hình 1.21):

Pz - lực tiếp tuyến, trùng với phương vận tốc V, có giá trị lớn nhất Dùng để kiểmnghiệm công suất tiêu thụ của máy.

Py - lực hướng kính, có phương trùng với phương chiều sâu cắt t Lực này gâyrung động trong mặt phẳng ngang, ảnh hưởng đến độ chính xác và độ bóng bề mặt giacông

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 trênsống trượt của máy

Đối với vật liệu gỗ người ta quan tâm đến 2 yếu tố quan trọng của dao để đạtđược 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 gọtchúng đều có các thông số hình học như nhau, chỉ khác nhau về trị số, kích thước vàdạng hình học tổng thể Tất nhiên khi xét dạng hình học của dao cắt thì phải xét nótrong mối quan hệ với phôi, phoi Tức là xét dao cắt theo mặt kích thước, thông số góccủa 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 cơbản, (hình.2.25a).Trạng thái tĩnh, tức là đặt dao trong hệ toạ độ Y-X Trong trường hợpnày vị trí của dao được xác định bởi các thông số góc; - góc sau; - góc mài và -