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 auriculiformics cunn) bằng cưa đĩa​

Với ý tưởng trên, được sựđồng ý của Ban Giám hiệu Trường Đại học Lâm nghiệp, khoa Sau Đại học chúng tôi tiến hành thực hiện luận văn tốt nghiệp với đề tài: " Nghiên cứu sự ảnh hưởng của

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được bản luận án này, trong suốt thời gian vừa qua tôi

đã nhận được nhiều sự quan tâm giúp đỡ, chỉ dẫn của nhiều tập thể, cá nhân.Nhân dịp này cho phép tôi được bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới:

Thầy giáo hướng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Văn Quân đã dànhnhiều thời gian hướng dẫn, chỉ bảo tận tình, PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu,PGS TS Lê Văn Thái, TS Nguyễn Văn Bỉ đã nhiệt tình giúp đỡ tôi thu thập

và xử lý số liệu Tập thể cán bộ, giáo viên Phòng Sau đại học, Khoa Cơ điện

và Công trình, Trung tâm thí nghiệm thực hành Khoa Cơ điện và Công trìnhtrường Đại học Lâm nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện

đề tài

Xin cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã động viên giúp đỡ tôi trong quá trìnhthực hiện đề tài

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc vì những giúp đỡ quý báu đó

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Những kếtquả trong luận văn này được tính toán chính xác, trung thực và chưa có tácgiả nào công bố Những nội dung tham khảo, trích dẫn trong luận văn đềuđược chỉ dẫn nguồn gốc

Hà Nội, tháng 11 năm 2016

Tác giả

Phạm Quốc Trí

MỤC LỤC

Trang

Trang phụ bìa

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU v

DANH MỤC CÁC BẢNG ix

DANH MỤC CÁC HÌNH x

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4

1.1 Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước 4

1.2 Tình hình nghiên cứu ở trong nước 14

Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18

2.1 Mục tiêu nghiên cứu 18

2.1.1 Mục tiêu chung 18

2.1.2 Mục tiêu cụ thể 18

2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 18

2.2.1 Thiết bị gia công 18

2.2.2 Loài gỗ 19

2.2.3 Giới hạn nghiên cứu 20

2.3 Nội dung nghiên cứu 20

2.4 Phương pháp nghiên cứu 20

2.4.1 Lựa chọn phương pháp nghiên cứu 20

2.4.2 Chọn mục tiêu thực nghiệm 23

2.4.3 Chọn tham số điều khiển 23

2.4.4 Chọn thiết bị đo 24

2.4.5 Tiến hành công tác chuẩn bị 25

2.4.6 Tiến hành thí nghiệm thăm dò 28

2.4.8 Thực nghiệm đa yếu tố 35

2.4.9 Xác định các giá trị hợp lý 42

Chương 3 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 45

3.1 Cấu tạo máy cưa đĩa ц6 45

3.1.1 Bộ phận động lực 46

3.1.2 Bộ phận công tác 46

3.1.3 Hệ thống điều khiển, điều chỉnh 48

3.1.4 Bàn máy và thân máy 48

3.2 Nguyên lý làm việc trên máy cưa đĩa ц6 48

3.3 Động lực học của quá trình cưa gỗ bằng cưa đĩa 49

3.4.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng 61

3.5 Độ nhám bề mặt gia công và các yếu tố ảnh hưởng đến nó 63

3.5.1 Khái niệm về độ nhám bề mặt gia công 63

3.5.2 Các chỉ tiêu đánh giá độ nhám bề mặt gia công 65

3.5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt gia công 68

3.6 Kết luận 71

Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 73

4.1 Kết quả các thí nghiệm thăm dò 73

4.2 Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố 75

4.2.1 Ảnh hưởng của tốc độ đẩy đến chi phí năng lượng riêng Nr và độ nhám bề mặt gia công Ry 75

4.2.2 Ảnh hưởng của góc mài cạnh cắt bên đến chi phí năng lượng riêng Nr và độ nhám bề mặt gia công Ry 78

4.2.3 Ảnh hưởng của góc mài cạnh cắt ngắn β2 đến chi phí năng lượng riêng Nr và độ nhám bề mặt gia công Ry 81

4.3 Kết quả thực nghiệm đa yếu tố 84

4.3.1 Chọn vùng nghiên cứu và các giá trị biến thiên của các yếu tố ảnh hưởng 84

4.3.2 Lập ma trận thí nghiệm 85

4.3.3.Tiến hành thí nghiệm theo ma trận Hartly với số lần lập lại của mỗi thí nghiệm m=3 86

4.3.4 Xác định mô hình toán học và thực hiện các phép tính kiểm tra 86

4.3.5 Chuyển phương trình hồi qui của hàm mục tiêu về dạng thực 88

4.3.6 Xác định các giá trị tối ưu của các thông số U, β1, β2 89

4.3.7 Vận hành máy với các giá trị tối ưu của các thông số ảnh hưởng 91

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO

Hệ số chất tải của hầu cưa

t Bước răng cưa

Hệ số Poatxong

Hệ số hao hụt phoi do bị cọ sát với thành bên

H Chiều cao mạch cưa

r Bán kính hầu cưa

P Lực cắt khi cưa ngang gỗ

N r

W Năng lượng hao phí để cưa ngang được M m2 gỗ

M Diện tích mạch cưa cưa được trong thời gian T

v Tốc độ cắt

u Tốc độ đẩy

c Lượng ăn gỗ của 1 răng cưa

R a

l Chiều dài chuẩn

y Tung độ của profin được đo từ đường trung bình

n Số lượng tung độ của profin được đo

m Số lần lặp lại ở thí nghiệm mà ở đó có phương sai cực đại

y

Giá trị trung bình của thông số ra tại điểm u

y

u i

S 2 Phương sai do sự thay đổi thông số đầu vào X gây nên

S e Ước lượng phương sai do nhiễu thực nghiệm gây ra

e i Khoảng biến thiên của các yếu tố đầu vào X

Nα Các thí nghiệm ở mức sao

Giá trị trung bình mẫu

Y

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

STT

ĐẶT VẤN ĐỀ

Sau ba mươi năm đổi mới, nhờ có đường lối phát triển kinh tế đúng đắn

và giải pháp phù hợp, Việt Nam đã đạt được nhiều thành tựu phát triển kinh

tế, được thế giới đánh giá cao Cùng với thành tích chung của cả nước, mặc

dù gặp nhiều khó khăn của tình hình kinh tế trong nước, quốc tế và nhữngdiễn biến khó lường của thời tiết, nhưng ngành lâm nghiệp tiếp tục phát triển

và đạt được những thành tựu quan trọng, thể hiện tập trung ở những mặt sau:Diện tích rừng tăng nhanh, ổn định; bình quân trồng khoảng 220.000ha/năm Khoanh nuôi tái sinh 460.000 ha/năm, trong đó khoảng 50.000 hathành rừng/năm; độ che phủ của rừng tăng từ 39,1% năm 2009 lên khoảng40,7% năm 2015

Sản xuất lâm nghiệp tăng trưởng nhanh, sản xuất lâm sản hàng hóa ngàycàng thích ứng với biến đổi của thị trường thế giới; đời sống người làm nghềrừng được nâng cao Tốc độ tăng trưởng giá trị sản xuất lâm nghiệp tăngnhanh những năm gần đây (năm 2011 đạt 3,4%, năm 2012 đạt 5,5%, năm

2013 đạt 6,0%, năm 2014 đạt 7,09%, năm 2015 đạt 7,5%) Sản lượng gỗ rừngtrồng tăng 2,5 lần trong 5 năm qua, đạt khoảng 17 triệu m³ năm 2015

Công nghiệp chế biến gỗ và lâm sản phát triển mạnh với nhiều thànhphần kinh tế, sản phẩm chế biến đa dạng theo yêu cầu thị trường Sản phẩm

đồ gỗ Việt Nam đã xuất vào trên 100 nước và vùng lãnh thổ, trong đó có cácthị trường đã phát triển (Mỹ, EU, Nhật Bản, Hàn quốc) Kim ngạch xuất khẩu

gỗ và lâm sản ngoài gỗ tăng hơn 1,65 lần trong 5 năm, từ 4,2 tỷ USD năm

2011 lên khoảng 6,9 tỷ USD năm 2015 Nước ta trở thành nước đứng đầuĐông nam Á, đứng thứ hai châu Á và đứng thứ tư trên thế giới (sau TrungQuốc, Italia và Đức) về xuất khẩu gỗ và sản phẩm từ gỗ Ngành công nghiệpchế biến lâm sản ngày càng thích ứng có hiệu quả với biến đổi thị trường vàvận hành theo tín hiệu thị trường, giải quyết hài hòa các rào cản thương mại

quốc tế Thu nhập đời sống của người dân từng bước được tăng lên, có hộthu nhập từ 150-250 triệu đồng/ha rừng trồng sau 6 đến 10 năm, nên có thểlàm giàu từ trồng rừng

Những năm tới, xu thế hiện thực hóa mạnh mẽ liên kết kinh tế quốc tế,hình thành Cộng đồng ASEAN từ năm 2015, các Hiệp định thương mại tự dothế hệ mới được thực thi (Hiệp định đối tác xuyên Thái Bình Dương (TPP),Hiệp định thương mại tự do với EU và với các đối tác khác) sẽ mở ra nhữngthuận lợi, cơ hội phát triển mới, nhưng cũng đặt ra nhiều thách thức, đòi hỏingành Lâm nghiệp phải thích ứng, tăng cường hợp tác, cạnh tranh quyết liệt

Để ngành Lâm nghiệp nói chung và chế biến gỗ nói riêng phát triển bềnvững, các doanh nghiệp ngành gỗ cần phải tập trung đầu tư cho vùng nguyênliệu; tận dụng tối đa nguồn nguyên liệu sẵn có trong nước; đặc biệt chú trọngđổi mới công nghệ sản xuất, nâng cao năng suất lao động, chất lượng sảnphẩm, đẩy mạnh xuất khẩu sản phẩm tinh

Trước mắt, để nâng cao năng suất lao động, chất lượng sản phẩm, giảm chiphí sản xuất để giảm giá thành nhằm tăng tính cạnh tranh của các sản phẩm gỗthì việc sử dụng hiệu quả công nghệ và thiết bị hiện có là rất cần thiết

Trong dây chuyền sơ chế và chế biến gỗ, cưa đĩa là một trong những thiết

bị chủ yếu dùng để cắt ngang, xẻ dọc, dọc rìa, xẻ lại, pha phôi, cắt ngắn, hoànchỉnh sản phẩm Theo thống kê trong kết quả nghiên cứu của một số nhà khoahọc thì cưa đĩa chiếm trên 30% trong số các thiết bị lắp đặt trong các nhà máychế biến gỗ [27,40,44] Vì vậy, việc nghiên cứu sử dụng hiệu quả cưa đĩachắc chắn sẽ tác động tích cực đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật trong hoạtđộng kinh doanh của xí nghiệp

Ở nước ta, máy cưa đĩa được nhập khẩu từ nhiều nước khác nhau, chonên chúng rất đa dạng về chủng loại, kích thước Một vài năm gần đây, một

số cơ sở chế tạo máy lâm nghiệp, các xưởng cơ khí đã chế tạo thành công một

số loại cưa đĩa, nhưng thương hiệu cưa đĩa của Việt Nam chưa được dùngphổ biến vì đa số chúng được thiết kế theo mẫu của các loại máy nhập nội vàchất lượng chưa cao.

Vì vậy, để có thể thiết kế, cải tiến và sử dụng hiệu quả cưa đĩa cần phảinghiên cứu một cách nghiêm túc và khoa học Với ý tưởng trên, được sựđồng ý của Ban Giám hiệu Trường Đại học Lâm nghiệp, khoa Sau Đại học

chúng tôi tiến hành thực hiện luận văn tốt nghiệp với 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 auriculiformics Cunn) bằng cưa đĩa"

Mục đích của đề tài là xác định mức độ và quy luật ảnh hưởng của cácyếu tố về cấu tạo và công nghệ của máy cưa đĩa đến các chỉ tiêu về chi phínăng lượng riêng và chất lượng bề mặt gia công khi cắt ngang gỗ keo lá tràm,loài cây được trồng phổ biến ở nước ta hiện nay Trên cơ sở đó, xác địnhđược chế độ sử dụng cưa hợp lý để đạt được mục tiêu giảm chi phí sản xuất,giảm giá thành, nâng cao chất lượng sản phẩm

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước

Cưa ngang gỗ nói riêng, cưa gỗ nói chung là dạng gia công gỗ bằng cơhọc Gia công gỗ bằng cơ học xuất hiện từ lâu và gắn liền với đời sống củaloài người Từ gỗ con người đã gia công, chế biến làm thành các vật dụngkhác nhau phục vụ đời sống sinh hoạt, các công cụ lao động, vũ khí để săn bắt

và bảo vệ lãnh thổ Cùng với sự phát triển của gia công gỗ bằng cơ học, lýthuyết cắt gọt gỗ đã ra đời và phát triển không ngừng Lý thuyết cắt gọt gỗ đisâu nghiên cứu về các lực phát sinh trong quá trình gia công gỗ bằng cơ học,công suất của thiết bị cho việc cắt gỗ, chất lượng sản phẩm khi gia công,những đại lượng này rất cần thiết, chúng làm cơ sở cho việc lựa chọn hìnhdáng, để từ đó tính toán kích thước của công cụ cắt, tính toán thiết kế và sửdụng hợp lý các thiết bị và các công cụ gia công gỗ Những người có côngtrong việc xây dựng và phát triển lý thuyết cắt gọt gỗ phải kể đến các nhà báchọc Nga như: Giáo sư I.A Time, giáo sư, tiến sĩ P.A Aphanaxiev, giáo sưK.A Zvôrưkin, giáo sư M.A Đesevôi, giáo sư, tiến sĩ, C.A.Voskresenski,giáo sư A.I Besatski, giáo sư V.Đ Kuzơnhexôv, giáo sư E.G Ivanovski, giáo

sư F.M Manjoc…

Năm 1870, công trình nghiên cứu khoa học " Sức bền của kim loại vàcủa gỗ khi cắt" được giáo sư I.A Time công bố Lần đầu tiên trên thế giới, lýthuyết của quá trình cắt gọt gỗ ra đời Trong công trình này, giáo sư I.A Time

đã chứng minh rằng lực cắt tỷ lệ thuận với tiết diện phoi được hình thành; giảithích hiện tượng co ngót của phoi gỗ khi cắt do biến dạng dẻo và chứng minhrằng chiều dày và chiều rộng của phoi ảnh hưởng đến công cắt và lực cắtkhác nhau

Năm 1886, trong công trình "Công nghệ gia công gỗ bằng cơ học", giáo

sư, tiến sĩ P.A Aphanaxiev sử dụng lý thuyết sức bền vật liệu, khảo sát vàphân tích quá trình tạo phoi khi cắt gỗ, đã kết luận rằng biểu đồ ứng suất của

áp lực gỗ lên mặt trước của lưỡi cắt có dạng hình tam giác Kết luận này củaông khác với những kết luận của giáo sư I.A Time đưa ra trước đó là áp lực

gỗ tác dụng lên dao cắt, phân bố đều trên mặt trước của lưỡi cắt và biểu đồứng suất của nó có dạng hình chữ nhật Lần đầu tiên, vai trò của lực ma sáttrong quá trình cắt gỗ được tính đến.[24]

Năm 1886, trong công trình " Công nghệ gia công gỗ bằng cơ học ",giáo sư K.A Zvôrưkin bằng phương pháp lý thuyết, xác định được côngthức tính lực cắt gỗ với các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt Ông đã chứng minhrằng khi chiều dày phoi không đổi, công cắt gỗ tỷ lệ thuận với thể tích phoiđược tạo thành và lực cắt tỷ lệ thuận với chiều rộng của phoi Ngược lại, khichiều dày phoi thay đổi, công cắt thay đổi theo qui luật khác Tổng hợp kếtquả của 230 thí nghiệm ông đưa ra kết luận: Công cắt riêng hay còn gọi là tỷsuất lực cắt là đại lượng biến đổi, khi thay đổi chiều dày phoi, sự biến đổi nàytuân theo qui luật của hàm phi tuyến [24]

Năm 1934, giáo sư M.A Đesevôi sử dụng phương pháp toán-cơ dogiáo sư I.A Time đề xướng trước đó để phân tích quá trình tạo phoi khi cắt

gỗ đã tổng hợp và xây dựng tương đối hoàn chỉnh lý thuyết cắt gọt gỗ Năm

1939, ông cho xuất bản cuốn sách "Kỹ thuật gia công gỗ" Đây là công trìnhlớn bao gồm các vấn đề về lý thuyết và những kinh nghiệm thực tế trong giacông gỗ mà trên thế giới lúc đó chưa có công trình nào tương tự ra đời

Vào thập kỷ 40 và 50 của thế kỷ trước, phát triển lý luận khoa học củagiáo sư M.A Đesevôi trong việc áp dụng phương pháp toán cơ để nghiên cứuquá trình cắt gọt gỗ, giáo sư C.A Voskresenski đã cho ra đời hai công trìnhkhoa học: "Về sự phân biệt giữa lực cắt và áp lực tác dụng lên phoi gỗ", "Cắt

gọt gỗ" Trong các công trình này, ông chia lực cắt gỗ thành 3 thành phần là:Lực tác dụng tại mũi cắt, có vai trò cắt đứt thớ gỗ để tách phoi ra khỏi phôigỗ; lực tác dụng lên mặt trước của dao cắt có tác dụng làm biến dạng phoi vàđào thải phoi; lực tác dụng lên mặt sau của dao cắt Các thành phần lực nàyđộc lập với nhau, không phụ thuộc nhau Các yếu tố ảnh hưởng đến các thànhphần của lực cắt được tác giả nghiên cứu tương đối toàn diện và đầy đủ.Những công trình nghiên cứu của giáo sư C.A Voskresenski và các giáo sưI.A Time, M.A Đesevôi, P.A Aphanaxiev…đã hình thành và phát triểnhướng nghiên cứu (hay còn gọi là trường phái nghiên cứu) toán cơ Đây làhướng nghiên cứu sử dụng lý thuyết sức bền vật liệu để nghiên cứu, phântích, tính toán các lực tác dụng, giải thích các hiện tượng xảy ra trong quátrình cắt gọt gỗ[24] đồng thời là hướng nghiên cứu khó, đòi hỏi người nghiêncứu phải có kiến thức sâu và rộng ở nhiều lĩnh vực nhưng nó phù hợp với quátrình gia công gỗ

Năm 1956, trong tài liệu "Cắt gọt gỗ", giáo sư E.G Ivanovski chorằng: Nếu chỉ sử dụng phương pháp toán cơ để phân tích, nghiên cứu các hiệntượng xảy ra trong quá trình cắt gọt gỗ thì sẽ kìm hãm sự phát triển của lýthuyết cắt gọt gỗ vì rằng cắt gọt gỗ là một trong những hiện tượng vật lý rấtphức tạp, mặc dù phương pháp toán cơ đã làm sáng tỏ được rất nhiều qui luậtnhưng không phải là tất cả chúng đã dược xác định và được làm rõ Ông đãxây dựng lý thuyết cắt gọt gỗ trên cơ sở phân tích các giá trị của các hiệntượng lý hóa xảy ra trong quá trình cắt gọt gỗ và trên cơ sở đó xây dựng cáccông thức thực nghiệm để giải các bài toán thuận và nghịch trong công nghiệpgia công gỗ Vì vậy, hướng nghiên cứu do giáo sư E.G Ivanovski khởi xướngđược gọi là trường phái vật lý [22, 24] Trong các công trình nghiên cứu củaông như: "Những vấn đề mới trong cắt gọt gỗ " (1973), "Cắt gọt gỗ" (1975),các quá trình đàn hồi và biến dạng dư của gỗ, ma sát ở cấp độ phân tử và sự

ảnh hưởng của tốc độ cắt đến các quá trình này đã được nghiên cứu một cáchsâu sắc Trong quá trình cắt gọt gỗ, do hiện tượng ma sát giữa gỗ và dao cắt,

do đàn hồi của gỗ và dao cắt … đã tạo ra một lượng nhiệt bao gồm: Nhiệtlượng được sinh ra do đàn hồi của gỗ và dao cắt; nhiệt lượng được sinh ra dobiến dạng dẻo của gỗ; nhiệt lượng được sinh ra do ma sát; nhiệt lượng đượcsinh ra do quá trình tách các phần tử của phoi Lượng nhiệt được sinh rađược cân bằng với lượng nhiệt tỏa ra ngoài không khí, lượng nhiệt làm nóngcông cụ cắt, lượng nhiệt làm nóng phoi và lượng nhiệt làm nóng gỗ Khi bịnóng lên, ứng suất trong lưỡi cưa thay đổi làm mất khả năng làm việc, mạchcưa bị lượn Khi gỗ bị nóng lên, nó bị biến màu hoặc bị cháy, làm giảm chấtlượng và thẩm mỹ… Cũng do ma sát mà trong dao cắt xuất hiện một lượngđiện nhất định Bằng kết quả của các thí nghiệm khoa học, ông đã xác địnhđược sự phụ thuộc của lực cắt vào các điện tích của dao cắt khi cắt các loại gỗkhác nhau Tuy nhiên, hướng nghiên cứu này đòi hỏi hệ thống thiết bị đo rấttinh vi, hiện đại và tốn kém vì trong cắt gọt gỗ, tốc độ cắt thường rất cao

Trong các công trình nghiên cứu của mình như "Cắt gọt gỗ" (1956 và1975), "Tính toán chế độ cắt gọt gỗ", giáo sư A.I Besatski cho rằng: Khác vớinhững luận điểm của giáo sư C.A.Voskresenski , quá trình cắt gọt gỗ không thểphân chia ra thành từng quá trình riêng biệt, độc lập với nhau mà ngược lại,chúng liên kết chặt chẽ với nhau, tác dụng lẫn nhau Trong quá trình cắt, lưỡi cắtkhông phải là đường thẳng mà là đường cong có bán kính ρ Sự phân chia giữaphoi và phôi gỗ xảy ra tại điểm xa nhất của bán kính ρ theo phương và chiều củavận tốc cắt, quĩ đạo của đường này tạo ra mặt phân cách

XX nào đó Phía trên mặt phân cách là khu vực I, thuộc mặt trước của dao cắt.Tại đây, lực tương hỗ được xem là đồng nhất, tập trung theo một phương nhấtđịnh, lực tác dụng lên mặt trước của dao cắt gồm lực pháp tuyến và lực ma

sát Ở phía dưới mặt phân cách, mặt sau của dao cắt chịu tác dụng của lớp gỗ

đàn hồi, dưới tác dụng của áp lực này gây ra lực ma sát Sau khi phân hợp lựccủa các lực pháp tuyến và lực ma sát ở mặt trước và mặt sau của dao cắtthành các thành phần song song với vận tốc cắt và vuông góc với vận tốc cắt,ông đã xác định được lực cắt gồm hai thành phần là lực cắt trên mặt cắt trướccủa dao cắt và lực cắt trên mặt cắt sau của dao cắt Thành phần lực cắt trênmặt cắt trước của dao cắt (nằm phía trên mặt phân cách) phụ thuộc vào chiềudày của phoi, góc cắt, tốc độ cắt, góc gặp thớ còn thành phần lực cắt trên mặtcắt sau của dao cắt (nằm phía dưới mặt phân cách) phụ thuộc vào độ tù củadao, góc sau α và góc gặp thớ Từ những kết quả này và những số liệu thuđược trong quá trình nghiên cứu, ông xây dựng các công thức thực nghiệmtính lực cắt, công suất cắt, tỷ suất lực cắt… sử dụng để xác định chế độ làmviệc tối ưu cho nhiều loại máy gia công gỗ khác nhau, cũng như áp dụng đểgiải các bài toán thuận và nghịch trong công nghệ gia công gỗ Chính vì vậy,hướng nghiên cứu do giáo sư A.I Besatski khởi xướng là dùng phương phápthực nghiệm để xây dựng lý thuyết cắt gọt gỗ và các kết quả nghiên cứu củaông được áp dụng rộng rãi trong thực tiễn sản xuất ở nước Nga

Ở một số nước công nghiệp phát triển, gia công gỗ bằng cơ học cũng

đã được nghiên cứu, tiêu biểu như các công trình khoa học của các tác giảnhư: Kivimaa.E, Phần Lan (1950), Mc Kenzie W.M, Mỹ (1961), Bakas I.A,Anh (1932), Franz N.C, Mỹ (1958), Kollmann.F, Mỹ (1968), Koch P, Mỹ (1985)…[18,19,20]:

Trong công trình nghiên cứu "Lực cắt gọt trong gia công gỗ", giáo sưKivimaa.E chia lực cắt thành hai lực thành phần Thành phần thứ nhất lực tácdụng lên mũi cắt, không phụ thuộc vào chiều dày của phoi còn thành phần thứhai lực tác dụng lên mặt cắt trước của dao cắt, phụ thuộc vào chiều dày của phoi

Trong công trình nghiên cứu "Phân tích quá trình cắt gọt gỗ", giáo sư

Franz N.C sau khi nghiên cứu cắt thẳng, dọc thớ ba loại gỗ Sugar pine (Pinus

Lampertiana Dougl), Yelow birch (Betula alleghaniensis Britt), White as (Frasimus Americana L.), đặc trưng cho ba loài gỗ là gỗ lá kim vùng ôn đới,

gỗ lá rộng mạch phân tán và gỗ lá rộng mạch phân bố theo vòng năm với 378điều kiện nghiên cứu khác nhau ở 3 cấp độ ẩm (1,5%, 3,5% và độ ẩm bãohoà), 7 cấp chiều dày phoi (0,002; 0,005; 0,010;0,015; 0,020; 0,025 và 0,030inch), 6 cấp độ của góc cắt trước (5º , 10º , 15º ,20º , 25º ,30º ), đã đưa ra một

số kết luận qua trọng sau:

- Quá trình cắt gỗ được đặc trưng 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

- Giá trị của hệ số ma sát xem ra tương đối độc lập với góc trước và chiều dày phoi

Tuy nhiên, do nhiều nguyên nhân khác nhau, chúng ta chưa có nhiềunhững nghiên cứu chuyên sâu và thông tin một cách có hệ thống nhữngnghiên cứu về cắt gọt gỗ ở các nước tư bản phát triển

Máy cưa đĩa là thiết bị gia công gỗ phổ biến trong dây chuyền công nghệsản xuất, chế biến gỗ Trong các nhà máy chế biến gỗ, cưa đĩa chiếm khoảng

trên 40% số thiết bị được lắp đặt Vì vậy, nghiên cứu sử dụng cưa đĩa có hiệu quả là vấn đề được quan tâm nghiên cứu ở nhiều nước trên thế giới [43].

Để có thể sử dụng cưa đĩa một cách có hiệu quả, các nghiên cứu về cưa đĩa đã đi theo một số hướng sau:

- Xác định chế độ gia công hợp lý để nâng cao năng suất, chất lượngsản phẩm, giảm chi phí năng lượng, chi phí nhân công, nâng cao hiệu quả sửdụng máy

Trong các công trình nghiên cứu của các giáo sư A.I Besatski, A.E.Grube, F.M Manjoc [23,25,30], phương pháp xác định chế độ gia công củamáy chế biến lâm sản nói chung và máy cưa đĩa nói riêng đã được quan tâmnghiên cứu Trong số các thông số kỹ thuật quan trọng đặc trưng cho chế độgia công là: tốc độ cắt và tốc độ đẩy Đối với cưa đĩa, theo kết quả nghiên cứucủa giáo sư Iacunhin N.K [45], ảnh hưởng của tốc độ cắt đến tỷ suất lực cắttuân theo qui luật hàm phi tuyến Khi tăng tốc độ cắt ở trong khoảng giá trịnhỏ hơn 50m/s thì tỷ suất lực cắt giảm, còn ở khoảng giá trị lớn hơn 60m/s,tốc độ cắt tăng thì tỷ suất lực cắt cũng tăng Tốc độ cắt tối ưu của cưa đĩa khi

xẻ gỗ nằm trong khoảng từ 50m/s ÷60m/s, tỷ suất lực cắt có giá trị nhỏ nhất.Tốc độ cắt không ảnh hưởng đến độ nhấp nhô bề mặt gia công Đối vớitrường hợp cắt ngang gỗ, kết quả nghiên cứu của P.P Ôxipov cho thấy rằng:Khi tốc độ cắt nằm trong khoảng từ 31,4m/s ÷ 95,5m/s và tốc độ đẩy khôngthay đổi thì tỷ suất lực cắt và độ nhấp nhô bề mặt gia công không thay đổi khithay đổi tốc độ cắt

Tốc độ đẩy là thông số kỹ thuật quan trọng quyết định đến quá trìnhcưa gỗ Tốc độ đẩy ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất, chi phí năng lượng, tỷsuất lực cắt và độ nhấp nhô bề mặt gia công Tốc độ đẩy của cưa đĩa đượcchọn theo công suất của động cơ dẫn động cơ cấu đẩy gỗ; chất lượng mạchxẻ; khả năng làm việc của cơ cấu cắt

- Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến lực cắt, tỷ suấtlực cắt, chất lượng bề mặt gia công, sự dao động của đĩa cưa, quá trình thoát

γ2<0o, góc mài của cạnh cắt bên phụ β3 = 40o ÷ 60o, góc sau α = 0, được dùngtrong máy cưa đĩa với tâm đĩa cắt nằm phía trên phôi, thường áp dụng phươngpháp đẩy gỗ theo chiều thuận Răng cưa cắt ngang không đối xứng, có góc màicạnh cắt ngắn β2= 30o÷50o, các góc còn lại có trị số và cấu tạo như

ởrăng cưa đối xứng Răng cưa không đối xứng được dùng trong máy cưađĩa với đĩa cắt nằm phía dưới phôi, thường áp dụng phương pháp đẩy gỗ theochiều nghịch Trong quá trình cưa, cạnh cắt ngắn làm nhiệm vụ cắt chéo thớ

gỗ dưới một góc γ, độ lớn của γ phụ thuộc vào β1 và β3 những góc này có trị

số càng nhỏ thì góc γ càng lớn làm cho dạng cắt chéo thớ gỗ chuyển thànhgần như cắt ngang thớ gỗ làm cho lực cắt tăng lên Do góc β1 chỉ thay đổitrong giới hạn, bởi vậy để tăng góc γ, không cần mài vát mặt cắt của cạnh cắtbên phụ β3=90o

Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng: Tính chất cơ lý của gỗ thay đổi theo vịtrí từ gốc đến ngọn, từ vỏ vào trong lõi gỗ Tính chất cơ học của gỗ ở phần lõicao hơn phần giác vì thế, khi cưa gỗ, lực cắt tăng dần từ ngoài vào trong vớicường độ từ 8%÷ 10% Nếu giữ nguyên chế độ gia công, khi mà tính cơ lý

của gỗ thay đổi sẽ gây ra hiện tượng quá tải hoặc là dư thừa công suất dẫn đếntăng tiêu hao năng lượng trong quá trình cưa Xuất phát từ quan điểm này, tiến

sĩ C.A Erêmin (2000) đã tiến hành nghiên cứu quá trình cưa ngang gỗ bằng cưađĩa trong điều kiện tự động điều chỉnh chế độ gia công Ông đã xây dựng được

mô hình toán học của quá trình cưa ngang gỗ bằng cưa đĩa có tính đến sự thayđổi cơ lý tính của gỗ theo vòng năm trong điều kiện tự động điều chỉnh chế độgia công Sử dụng mô hình toán học này có thể tính được lực cắt khi cưa ngang

ở từng thời điểm khác nhau, theo vòng năm của gỗ Kết quả nghiên cứu cho thấyrằng: Sử dụng cơ cấu dẫn động tự động điều chỉnh chế độ gia công cho cưa đĩacắt ngang có thể giảm công suất động cơ đến 28% [31]

- Ngoài các hướng nghiên cứu nêu trên thì việc nghiên cứu khắc phụcnhững nhược điểm của cưa đĩa trong quá trình sử dụng nhằm hoàn thiện tínhnăng kỹ thuật cũng như nâng cao chất lượng của máy cưa đĩa cũng đượcquan tâm nghiên cứu trong các công trình [36,41,42]

So với các thiết bị gia công gỗ như cưa vòng, cưa sọc thì chất lượng

bề mặt gia công khi cưa gỗ bằng cưa đĩa trong cùng điều kiện thường thấphơn Nguyên nhân chủ yếu là khi cưa, có nhiều răng cắt chạy không trongmạch cưa, nếu đĩa cưa chỉ bị đảo nhẹ thôi hoặc quá trình đẩy gỗ bị lệch một

ít, các răng cắt này xiết vào thành mạch cưa, tạo ra các vết lượn sóng làmtăng độ nhấp nhô mặt gia công Ngoài ra, khi các răng cưa chạy không này

"ăn" vào thành mạch cưa, gây ra hiện tượng bật gỗ trở lại, dễ gây tai nạn chocông nhân điều khiển cưa

Để khắc phục các hiện tượng trên, việc nghiên cứu, lắp đặt cho cưađĩa cơ cấu chống lùi gỗ và dao tách mạch có kích thước hợp lý được quantâm nghiên cứu[45]

Bộ phận công tác của cưa đĩa là đĩa cưa, thường có chiều dày lớn làmcho mạch cưa rộng, gây tốn gỗ Theo kết quả nghiên cứu của Viện Nghiên

cứu Trung ương về chế biến gỗ (Nga) cho thấy rằng: Hằng năm, ở các nhàmáy chế biến gỗ ở Nga có tới 12÷19% gỗ biến thành mùn cưa khi gia công,tương ứng với khoảng 15÷16 triệu m3 gỗ đặc và theo thống kê của Bộ Côngnghiệp rừng Nga thì chỉ cần tăng chiều rộng mạch cưa lên 0,1mm thì tỷ lệthành khí gỗ xẻ giảm tương ứng 0,21 %, lượng mùn cưa tăng 0,33% Đểkhắc phục nhược điểm này, nhiều nhà sản xuất cũng như các các nhà khoahọc đã tiến hành nghiên cứu xác định lượng mở cưa hợp lý để giảm chiềurộng mạch xẻ Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng lượng mở cưa hợp lý khicưa gỗ thông tươi là 0,7mm và gỗ cứng lá rộng là 0,4mm Nếu lượng mởcưa nhỏ hơn các giá trị trên, lưỡi cưa làm việc không ổn định, nhanh bị nóng,chóng bị hỏng…[45]

Trong công trình [35], tiến sĩ M.A Pustova cho rằng: Trong thực tiễn sửdụng cưa đĩa, có khoảng 40% trường hợp hỏng cưa và 50% trường hợp hỏngsản phẩm là do công cụ cắt bị mất khả năng làm việc Nguyên nhân chủ yếu đểđĩa cưa mất khả năng làm việc là do trong quá trình làm việc, nhiệt độ của đĩacưa ở vùng cắt gọt rất lớn còn nhiệt độ ở tâm của đĩa cưa nhỏ hơn rất nhiều Kếtquả của hiện tượng nóng không đều là từ phía răng cưa theo hướng vào tâm củađĩa cưa, nhiệt độ thấp dần, điều này làm cho lưỡi cưa bị biến dạng theo hình

"lòng chảo" Khi cưa, lưỡi cưa bị biến dạng đàn hồi, nếu tần số biến dạng đànhồi trùng với tần số dao động của bản thân lưỡi cưa, hiện tượng cộng hưởngdao động sẽ xảy ra làm cho biên độ dao động ngang lớn lên, lưỡi cưa mất khảnăng làm việc, nguy hiểm nhất là khi đĩa cưa quay tròn trong trạng thái lượncong hình "vỏ đỗ", chỉ cần tác dụng một lực ngang nhỏ theo chiều ngang, hiệntượng "xẻ lượn" sẽ xảy ra Một trong những biện pháp khắc phục ít tốn kémnhưng rất hiệu quả là tạo ra các khe hở điều hòa nhiệt Tác giả đã xây dựngđược mô hình tính toán lý thuyết, xác định được hình dạng và thông số kỹ thuật

cơ bản của các khe hở điều hòa nhiệt trên đĩa cưa

1.2 Tình hình nghiên cứu ở trong nước

Do nhiều nguyên nhân khác nhau, nghiên cứu về gia công gỗ bằng cơ họcnói chung và nghiên cứu cưa gỗ bằng cưa đĩa ở nước ta chưa có nhiều, mới chỉ

có một số công trình nghiên cứu của các tác giả như "Gia công cắt gọt gỗ ViệtNam", Nguyễn Văn Minh 1956; "Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đếnlực và độ tù răng cưa khi xẻ gỗ Việt Nam bằng cưa sọc", Hoàng Nguyên 1968.Các tác giả đã xác định được lực cắt và tỷ suất lực cắt khi cắt ngang một số loại

gỗ Việt Nam như gỗ sến, lim, sau sau và xẻ dọc gỗ sến

Năm 1970, để phục vụ cho công tác giảng dạy, nghiên cứu và học tậpcủa cán bộ, sinh viên trường Đại học Lâm nghiệp Phó giáo sư, Tiến sĩ HoàngNguyên đã biên soạn giáo trình "Máy thiết bị gia công gỗ" Lần đầu tiên ởnước ta có công trình khoa học mà ở đó lý thuyết cắt gọt gỗ được đề cập đếntương đối đầy đủ Kế thừa phương pháp luận của trường phái nghiên cứutoán cơ, nhiều hiện tượng xảy ra trong quá trình cắt gọt gỗ được tác giả phântích, giải thích trọn vẹn và có tính khoa học cao Nhiều thành tựu nghiên cứu

về cắt gọt gỗ của các nhà bác học Xô Viết được giới thiệu một cách hệ thốngtrong giáo trình là những thông tin hữu ích cho các cán bộ làm công tácnghiên cứu tham khảo để vận dụng vào điều kiện sản xuất ở nước ta

Vào những năm đầu của thế kỷ 21, qui mô đào tạo của trường Đại họcLâm nghiệp không ngừng được mở rộng, các thiết bị hiện đại dùng cho côngtác nghiên cứu và học tập được đầu tư, công tác nghiên cứu khoa học và đàotạo sau đại học phát triển mạnh mẽ Nhờ đó, nhiều đề tài nghiên cứu về cắtgọt gỗ nói chung và cưa gỗ bằng cưa đĩa nói riêng được thực hiện Các đề tàinghiên cứu tập trung vào 2 hướng chủ yếu là:

-Xác định tỷ suất lực cắt khi cắt gọt gỗ và lâm sản ngoài gỗ bằng các công cụcắt khác nhau nhằm mục tiêu góp phần tạo cơ sở khoa học để thiết kế, chế tạo

và sử dụng hợp lý thiết bị gia công lâm sản được thể hiện trong các công

trình nghiên cứu [4, 5, 8, 15] Trong các công trình này, bằng phương phápnghiên cứu thực nghiệm các tác giả đã xác định được tỷ suất lực cắt với cácđiều kiện khác nhau: Độ ẩm thay đổi từ độ ẩm thăng bằng w = 15÷20% đếnw=70% ; thời gian làm việc t = 0÷ 6 h ; góc cắt δ = 30o ÷ 50o khi cưa gỗ bạchđàn, keo lá tràm, keo tai tượng, tre luồng… Ngoài ra, các công thức tính lựccắt và công suất cắt dưới dạng hàm số mũ được xây dựng, tạo điều kiệnthuận lợi cho việc sử dụng kết quả nghiên cứu của các đề tài này khi thiết kế,cải tiến các thiết bị gia công gỗ và lâm sản khác

-Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ, kỹ thuật đến các chỉtiêu kinh tế, kỹ thuật của các thiết bị gia công gỗ từ đó xác được định chế độgia công hợp lý để sử dụng hiệu quả chúng được thực hiện trong các côngtrình nghiên cứu [10, 11, 13, 14, 16]

Trong công trình nghiên cứu [11], Tiến sĩ Dương Văn Tài đã sử dụngphương pháp nghiên cứu toán cơ để xây dựng mô hình toán học với hàm mụctiêu là tỷ suất lực cắt khi cưa tre luồng bằng cưa xích Lần đầu tiên ở nước ta,những hiện tượng xảy ra trong quá trình cưa (cắt phức tạp) tre luồng bằngxích cưa với dạng răng cắt tổ hợp được giải thích một cách khoa học vàtương đối đầy đủ Thông qua các thực nghiệm khoa học và sử dụng phầnmềm vi tính, tác giả đã xác định được thông số kỹ thuật chính của xích cưakhi cưa tre luồng Kết quả nghiên cứu của tác giả có thể làm tài liệu thamkhảo cho các hãng sản xuất cũng như người sử dụng cưa xích để chặt hạ treluồng Tuy nhiên, để đưa thành quả nghiên cứu của công trình khoa học nàyvào thực tiễn cần phải vượt qua nhiều khó khăn như: Cho đến nay, nước tachưa có cơ sở nào sản xuất được xích cưa; Mài, giũa xích cưa có răng tổ hợpphức tạp hơn nhiều so với xích cưa vạn năng

Trong công trình nghiên cứu [13], Thạc sĩ Bùi Văn Thiện đã sử dụngphương pháp nghiên cứu toán cơ để xây dựng mô hình toán học với hàm mục

tiêu là chi phí năng lượng riêng và năng suất cắt khi xẻ gỗ keo tai tượng bằngcưa đĩa Thông qua mô hình toán học, tác giả xác định và phân loại được cácnhân tố ảnh hưởng đến các chỉ tiêu chi phí năng lượng riêng và năng suất cắtthuần túy Bằng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đã xây dựng được hàmtổng quát về chi phí năng lượng riêng và năng suất cắt khi xẻ gỗ phụ thuộc đồngthời 3 yếu tố thuộc chế độ gia công và công cụ cắt là: Vận tốc cắt, vận tốc đẩy vàgóc mài Đã xác định được các giá trị hợp lý của các thông số nghiên cứu để đạtđược mục tiêu chi phí năng lượng riêng nhỏ và năng suất cao.

Trong công trình [14], Thạc sĩ Đặng Xuân Thức bằng phương phápnghiên cứu thực nghiệm đã xác định được sự ảnh hưởng của một số yếu tốthuộc về chế độ cắt gọt như: tốc độ cắt, tốc độ đẩy, chiều rộng của me cưađến chất lượng mạch xẻ khi sử dụng cưa đĩa P-200 để xẻ ván nhân tạo Đãxác định được các giá trị hợp lý của các thông số nghiên cứu khi xẻ ván nhântạo có chiều dày 20 mm để đạt được mục tiêu chất lượng gia công cao nhất

1.3 Kết luận

- Nghiên cứu về cắt gọt gỗ nói chung và cưa gỗ bằng cưa đĩa ở trên thếgiới tương đối đầy đủ và có hệ thống Trong 3 trường phái nghiên cứu thìtrường phái toán cơ, đó là trường phái sử dụng lý thuyết sức bền vật liệu làm cơ

sở để giải thích các hiện tượng xảy ra và xây dựng mô hình toán học để phântích, tính toán các lực tác dụng trong quá trình cắt gọt gỗ có nhiều ưu điểm hơn

so với các trường phái nghiên cứu khác Bởi vậy, phương pháp luận nghiêncứu của các tác giả thuộc trường phái này sẽ được vận dụng trong việc xâydựng mô hình toán học với hàm mục tiêu là chi phí năng lượng riêng và chấtlượng bề mặt gia công trong phần tổng quan của đề tài nghiên cứu này

- Kết quả nghiên cứu về cưa đĩa là tài liệu tham khảo có giá trị giúpchúng tôi lựa chọn giới hạn nghiên cứu và các trị số giới hạn biên của cácthông số ảnh hưởng một cách khoa học và kinh tế

nghiên cứu 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 auriculiformics Cunn) bằng cưa đĩa" là thực sự cần thiết vì nó

có ý nghĩa khoa học và thực tiễn sau:

Ý nghĩa khoa học

Bằng phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm,xây dựng các mô hình toán học mô tả mối quan hệ giữa chi phí năng lượngriêng và chất lượng bề mặt gia công với các thông số công nghệ làm cơ sởcho việc nghiên cứu tối ưu hóa quá trình cưa ngang gỗ để lựa chọn chế độ cắthợp lý khi gia công gỗ trên máy cưa đĩa

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

VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu nghiên cứu

2.1.1 Mục tiêu chung

Trên cơ sở nghiên cứu quá trình cưa ngang gỗ keo lá tràm bằng cưađĩa, xác định được qui luật và mức độ ảnh hưởng của các yếu tố như góc màicạnh cắt ngắn, góc mài cạnh cắt bên, tốc độ đẩy đến chi phí điện năng riêng vàchất lượng bề mặt gia công Từ đó chọn được các thông số kỹ thuật hợp lý,góp phần xây dựng cơ sở dữ liệu cho việc sử dụng hiệu quả máy cưa đĩa

2.1.2 Mục tiêu cụ thể

- Xây dựng được mối quan hệ giữa các yếu như góc mài cạnh cắt ngắn,góc mài cạnh cắt bên, tốc độ đẩy với chi phí năng lượng riêng và độ nhám bềmặt gia công khi cưa ngang gỗ keo lá tràm bằng cưa đĩa

- Xác định được giá trị hợp lý của góc mài cạnh cắt ngắn, góc mài cạnhcắt bên, tốc độ đẩy đảm bảo được yêu cầu chi phí năng lượng riêng và độnhám bề mặt gia công, một chỉ tiêu quan trọng đánh giá chất lượng bề mặt giacông là nhỏ nhất

2.2 Đối tượng 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 thựchành cho sinh viên, những nhà quản lý sản xuất trong lĩnh vực chế biến gỗtrong tương lai và cũng là loại cưa đĩa được sử dụng rộng rãi trong sản xuấthiện nay Tuy nhiên, do cưa đĩa ц6 không có cơ cấu đẩy gỗ cho nên quá trìnhthí nghiệm cưa ngang gỗ được tiến hành trên bộ khung cưa đĩa thí nghiệm tạitrung tâm Thí nghiệm và Thực hành khoa Cơ điện và Công trình có điềuchỉnh chế độ cắt hoàn toàn giống như chế độ cắt xác định cho cưa đĩa ц6.

2.2.2 Loài gỗ

Gỗ keo lá tràm 6÷10 tuổi là một trong những loài gỗ chiếm tỷ trọng lớntrong tập đoàn cây trồng, có cường độ cứng trung bình phù hợp để sản xuấtnhiều dạng sản phẩm mộc khác nhau Tính chất vật lý và cơ học của keo látràm được thể hiện ở bảng 2.1 và 2.2

Bảng 2.1 Tính chất vật lý của gỗ keo lá tràm

Thông số

Khối lượng thể tích

Độ co rút: - Phương xuyên tâm

- Phương tiếp tuyến

2.2.3 Giới hạn nghiên cứu

Các chỉ tiêu và tham số nghiên cứu: Chỉ tiêu đánh giá chất lượng máy

là chi phí năng lượng riêng và chỉ tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm là độnhám bề mặt gia công Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu

tố như góc mài cạnh cắt ngắn, góc mài cạnh cắt bên, tốc độ đẩy đến chi phínăng lượng riêng và độ nhám bề mặt gia công khi cưa ngang gỗ keo lá tràm

2.3 Nội dung nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu đạt ra, đề tài thực hiện các nội dung nghiên cứusau:

+ Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

+ Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, những yếu tố ảnh hưởng đến chi phínăng lượng riêng và chất lượng bề mặt gia công khi cưa ngang gỗ keo látràm bằng cưa đĩa

+Nghiên cứu thực nghiệm:

- Nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố

- Nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố

- Xác định các thông số công nghệ tối ưu

- Cưa ngang gỗ keo lá tràm trên máy cưa đĩa với thông số công nghệ tối ưu.

2.4 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: Thông qua tổng quan nghiên cứu, tìm hiểu thuthập được những kết quả nghiên cứu về lĩnh vực quan tâm của đề tài ở trênthế giới và Việt Nam

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Theo [6,7] nghiên cứu lý thuyết

có mục đích thiết lập một hệ thống quan điểm nào đó thông qua việc đưa ra

những qui luật mới, nghiên cứu lý thuyết thích hợp nhất khi nghiên cứu cácđối tượng và hệ thống mà trong đó có thể phân chia rõ các hiện tượng và cácquá trình có cùng bản chất vật lý Như vậy, căn cứ vào cấu tạo, nguyên lýhoạt động của máy cưa đĩa và quá trình cưa ngang gỗ bằng cưa đĩa các chỉtiêu đánh giá chất lượng và hiệu quả sử dụng máy như chi phí năng lượngriêng và độ nhám bề mặt gia công có thể tính toán được nhờ công thức lýthuyết Nghiên cứu lý thuyết được sử dụng trong phần cơ sở lý luận của đềtài Kế thừa phương pháp luận nghiên cứu của trường phái toán cơ, chúng tôixây dựng mô hình toán học của quá trình cưa ngang gỗ keo lá tràm bằng cưađĩa với hàm mục tiêu là chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt giacông, phụ thuộc vào các thông số ảnh hưởng đặc trưng cho chế độ và điềukiện gia công Dựa vào các mô hình toán học này, tiến hành phân loại đượccác yếu tố ảnh hưởng, giải thích các hiện tượng xảy ra trong quá trình cưangang gỗ một cách khoa học.

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Theo[7] với phương pháp nghiên cứu thực nghiệm cổ điển, muốnnghiên cứu sự ảnh hưởng của một nhân tố nào đó thì ta phải cố định các nhân

tố khác và như vậy số thí nghiệm rất nhiều, rất tốn kém Phương pháp cổ điểnchỉ cho phép tìm kiếm các mối phụ thuộc đơn định giữa các chỉ tiêu đánh giá

và các yếu tố ảnh hưởng một cách riêng biệt Mặc dù, có trong tay một tậphợp các phương trình tương quan nhưng chúng chỉ là những trường hợpriêng nên không cho kết quả chặt chẽ về mức độ ảnh hưởng của từng yếu tốtrong mối tác động qua lại giữa chúng, cũng như khó có thể tìm kiếm phương

án phối hợp tối ưu các yếu tố ảnh hưởng nhằm hướng tới tối ưu hóa quátrình theo mục đích xác định

Thấy rõ những nhược điểm của phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

cổ điển, chúng tôi chọn phương pháp nghiên cứu thực nghiệm mà trong đó

tiến hành khảo nghiệm máy, thu thập số liệu một cách chủ động, theo một kếhoạch và chiến lược xác định trước, đó là phương pháp qui hoạch thựcnghiệm

Đây là phương pháp nghiên cứu mới, trong đó công cụ toán học giữvai trò tích cực Cơ sở toán học, nền tảng của lý thuyết qui hoạch thực nghiệm

là toán học thống kê với hai lĩnh vực quan trọng là phân tích phương sai vàphân tích hồi qui Phương pháp qui hoạch thực nghiệm có những ưu điểm nổibật so với phương pháp cổ điển:

- Giảm đáng kể số lượng thí nghiệm cần thiết;

- Giảm thời gian tiến hành thí nghiệm và chi phí phương tiện vậtchất;

- Hàm lượng thông tin nhiều hơn, rõ rệt hơn nhờ đánh giá được vai trò

của tác động qua lại giữa các yếu tố và ảnh hưởng của chúng đến hàm mục tiêu;

- Nhận được mô hình toán học thực nghiệm, đánh giá được sai số thínghiệm, cho phép xét ảnh hưởng của các thông số với mức độ tin cậy xácđịnh;

- Cho phép xác định điều kiện tối ưu đa yếu tố của điều kiện nghiêncứu một cách chính xác bằng công cụ toán học, thay cho cách giải gần đúng,tìm tối ưu cục bộ ở 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;

2.4.2 Chọn mục tiêu thực nghiệm

Hai đại lượng cần xác định theo mục đích nghiên cứu của đề tài là chiphí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt gia công được chọn là mục tiêunghiên cứu thực nghiệm

2.4.3 Chọn tham số điều khiển

Trong tổ hợp các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình cưa ngang gỗ thì cácyếu tố thuộc về gỗ như: loại gỗ, cơ lý tính của gỗ, độ ẩm của gỗ, hình dáng,kích thước được xem là các đại lượng ngẫu nhiên và ấn định trước khôngthay đổi trong quá trình tiến hành thực nghiệm Để hạn chế sự tác động củachúng đến độ chính xác của phép đo, khi làm thí nghiệm, chúng tôi chọn cây

gỗ keo lá tràm có điều kiện sinh trưởng giống nhau, cùng độ tuổi, đường kínhtrung bình 20cm sau đó xẻ hộp dày 10cm, phơi gỗ để đạt độ ẩm bão hòa W=30% Như vậy, chỉ còn những yếu tố thuộc về máy và chế độ gia công, đây lànhững yếu tố điều khiển được tác động đến hai hàm mục tiêu đó là:

- Đường kính của đĩa cưa;

- Tốc độ cắt;

- Tốc độ đẩy;

- Các thông số hình học của răng cưa;

- Độ tù của mũi cắt khi làm việc;

- Điện thế nguồn cho động cơ khi khảo nghiệm

Đường kính đĩa cưa quyết định tốc độ cắt, chiều rộng mạch cưa, ảnh hưởngđến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt gia công, nó được chọn phụthuộc vào chiều cao mạch cưa Trong đề tài, chiều cao mạch cưa không thayđổi h= 10cm, cho nên đĩa cưa được chọn có đường kính cố định d = 35 cmTốc độ cắt ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng và nó chỉ ảnh hưởng đến

độ nhám bề mặt gia công khi nằm ở ngoài giới hạn 31,5m/s ÷ 95,5m/s [43]

Nhưng do số vòng quay của động cơ không thay đổi, tỷ số

truyền của bộ truyền đai từ động cơ lên trục cưa không thay đổi, đường kínhđĩa cưa giữ nguyên Độ tù của mũi cắt được đặc trưng bằng bán kính ρ.

Theo tài liệu [9, 22], độ tù chỉ ảnh hưởng đến lực cắt sau một giờ làmviệc liên tục Đây là đại lượng ngẫu nhiên, không điều khiển được cho nên đểhạn chế sự ảnh hưởng của nó, thí nghiệm tiến hành trong phạm vi 1giờ phảichuẩn bị lại đĩa cưa

Điện thế làm việc có ảnh hưởng đến các thông số nghiên cứu và độchính xác của kết quả thí nghiệm vì vậy, việc khảo nghiệm chỉ tiến hành khiđiện thế ổn định theo yêu cầu của kỹ thuật vận hành máy cưa

Như vậy, chỉ còn 3 yếu tố cần tiến hành khảo nghiệm sự ảnh hưởngcủa chúng đến 2 hàm mục tiêu là chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặtgia công là:

- Góc mài cạnh cắt bên β1 được chọn trong giới hạn β1=

40÷60o,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÷50o,theo

kết quả nghiên cứu của các công trình [23,25,30]

- Tốc độ đẩy được chọn trên cơ sở thỏa mãn yêu cầu động học của quátrình cưa gỗ, khả năng làm việc của dụng cụ cắt và bộ phận động lực

[9,10,13,23] chọn tốc độ đẩy U = 4÷ 12m/ph Tốc độ đẩy thay đổi nhờ bộ phận biến tần

2.4.4 Chọn thiết bị đo

- Đo công suất cắt chúng tôi sử dụng bộ

- Đo công suất tiêu hao sử dụng máy đo Fluke 41B Máy có thể đo vàghi lại các thông số kỹ thuật đặc trưng của dòng điện như: tần số, cường độdòng điện, hiệu điện thế, giá tri cosθ, 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

Tên gọi

Khoảng đo

Độ chính xác

- 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

2.4.5.1 Chế tạo thiết bị khảo nghiệm

Để tạo điều kiện thuận lợi cho công tác khảo nghiệm, chúng tôi chế tạo

khung máy cƣa đĩa, nó có thể điều chỉnh chế độ cắt nhƣ khi cắt ngang gỗ trên

máy cƣa Ц- 6 ( hình 2.1)

Hình 2.1 Khung máy cƣa đĩa để khảo nghiệm

1-Khung máy; 2 Trục vít ; 3- Giá kẹp phôi gỗ; 4-Đĩa cƣa và trục cƣa;

Động cơ phụ để đẩy cƣa vào gỗ 9-Trục trung gian