Thiết kế và chế tạo máy xẻ dạng khung kiểu mới theo nguyên lý vòng đời sản phẩm

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY XẺ DẠNG KHUNG KIỂU MỚI
THEO NGUN LÝ VỊNG ĐỜI SẢN PHẨM
Đặng Hồng Minh1 , Nguyễn Việt Đức 2 , Phùng Văn Bình3
1
Khoa Cơng Nghệ Cơ khí, Trường Đại học Cơng nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh
2
Khoa Cơng Trình, Trường Đại học Thủy lợi, email:
3
Khoa Hàng Không Vũ trụ, Học Viện Kỹ thuật Quân sự

1. GIỚI THIỆU CHUNG

Thiết kế một hệ thống cơ khí phức tạp ln
là một bài tốn cấp thiết. Các hệ thống cơ khí
xưa và nay thường được thiết kế dựa trên sự
kế thừa những mơ hình mẫu có sẵn rồi cải
tiến dần dần. Tuy nhiên cách tiếp cận truyền
thống này thường khiến cho các máy móc khi
được chế tạo xong sẽ gặp nhiều vấn đề kỹ
thuật hỏng hóc, khơng tương thích trong q
trình vận hành và thử nghiệm. Bởi vì việc
thiết kế gắn liền chặt chẽ với các yêu cầu đầu
ra của máy, mà u cầu thì ln thay đổi liên
tục theo thị trường, còn kinh nghiệm được kế
thừa thì lại khơng có cơ sở khoa học để cải
tiến thích ứng kịp thời.
Trong bài báo này các tác giả đặt việc thiết
kế trong khn khổ vịng đời sản phẩm, nơi
đó tất cả các khâu như cơng nghệ chế tạo,

tính tốn, vận hành, bảo trì, kinh phí tài
chính, v.v… đều được đưa lên xem xét. Cách
tiếp cận như vậy đem lại sự linh hoạt, thuận
tiện cho nhà sản xuất và các kỹ sư, đồng thời
lại giảm thiểu tối đa các vấn đề kỹ thuật có
thể nảy sinh, giảm các bước thử nghiệm, sai
hỏng, từ đó có thể tối ưu chất lượng và độ
cạnh tranh của sản phẩm.
Bài báo lấy một ví dụ thiết kế máy xẻ gỗ
dạng khung thế hệ mới, là một hệ thống cơ
khí có kết cấu độc đáo, nhiều ưu việt so với
các dạng máy xẻ gỗ truyền thống.

2. MƠ HÌNH THIẾT KẾ “U CẦU-BỘ
PHẬN-THAM SỐ”

Nhằm thiết kế và chế tạo được các hệ
thống cơ khí phức tạp, các tác giả đề xuất
một mơ hình mới “u cầu - Bộ phận Tham số” (YBT) (Hình 1). Xuất phát đầu
tiên cần xác định những yêu cầu kỹ thuật về
tính năng đầu ra của máy. Máy cần có những
đặc điểm gì, thực hiện các cơng việc gì, năng
suất, bên cạnh đó các chỉ tiêu mong muốn về
chất lượng, giá thành, kiểu dáng, v.v… của
máy cần được hình thành. Ta có thể xác định
rằng để chế tạo nên hệ thống này cần những
chuyên gia về những lĩnh vực gì để tham dự
vào q trình quản lý vịng đời sản phẩm
đang xét. Ta xếp tất cả những đối tượng trên
vào nhóm “yêu cầu”. Tiếp đến, cần hình

thành về ý tưởng các cơ cấu, bộ phận, dây
chuyền, v.v… của máy. Đó là những thành
phần sẽ cấu tạo nên hệ thống máy. Nhóm
này ta gọi là “bộ phận”. Và đối tượng cuối
cùng trong thiết kế đó là những tham số.
Những tham số này sẽ liên quan đến các chi
tiết, bộ phận máy như kích thước, khối
lượng, các thơng số cơ tính vật liệu, động
học, động lực học máy, các tham số công
nghệ, dung sai, v.v… Sau khi hình thành
xong 3 nhóm mơ hình thiết kế, ta phải xây
dựng các mối liên hệ giữa chúng. Ví dụ như
yêu cầu kỹ thuật A sẽ ảnh hưởng đến thiết kế
bộ phận nào, được ký hiệu là các mũi tên
màu đỏ trên hình. Và để thiết kế nên những

219


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3

chi tiết đó thì cần xét tới những tham số nào,
thể hiện là các mũi tên màu xanh. Với tính
chất bắc cầu, từ đó ta sẽ nhận ra mỗi yêu cầu
sẽ ảnh hưởng đến các tham số nào liên quan.
Đây là một mơ hình tổng qt khi thiết kế
một hệ thống cơ khí bất kỳ.
Số lượng các thành phần và mối liên hệ
này của chúng không thay đổi. Điểm thú vị ở
đây là tùy vào từng bối cảnh thì thứ tự xét

các “u cầu” sẽ khác, từ đó thì quy trình
thiết kế sẽ khác. Ta xét ví dụ cho trường hợp
máy xẻ gỗ dạng khung thế hệ mới [1-3].
Trong khn khổ khái niệm quản lý vịng đời
sản phẩm, giả sử để thiết kế nên máy xẻ gỗ
thế hệ mới, các “yêu cầu” cần xem xét như:
(I) Công nghệ chế tạo (A): Các kỹ sư thu
thập các cơ sở lý thuyết về lĩnh vực này
dành cho máy xẻ, như các trang thiết bị
dành cho xẻ gỗ, các phương pháp gia cơng
chi tiết v.v…
(II)Tính tốn: Các kỹ sư thu thập cơ sở lý
thuyết về phương pháp tính tốn cho các vấn
đề như: cơ sở lý thuyết cắt gỗ (B), sự mất ổn
định mặt ngăng xoắn của lưỡi cưa (C), điều
kiện tránh va chạm (D), v.v…
(III) Kinh phí và tài chính: Các chun gia
đưa ra các phương pháp tính tốn về hao phí
năng lượng (E), lựa chọn vật liệu (F), hao phí
vật liệu (G), v.v…
(IV) vận hành và bảo trì (H)
Các “yêu cầu” (A)÷(H) kể trên liên quan
đến các “bộ phận” máy như bánh lệch tâm
(), vỏ khớp trên và dưới (β), phần tử đàn hồi
(γ), lưỡi cưa (δ), trục (ε), v.v…
Các “tham số” cần xét trong mối liên hệ
với các “bộ phận” và “yêu cầu” kỹ thuật có
thể kể đến như: chiều cao gỗ h (a), tốc độ đẩy
gỗ Sw (b), tốc độ quay n (c), chiều dày lưỡi
cưa t (d), góc răng cưa (e), bước răng pt (f),

lực cắt ngang Fh (g), lực cắt dọc Fv (h), độ
lệch tâm e (i), tần số dao động riêng nhỏ nhất
của lưỡi cưa f01 (j), v.v…

a

Trong đó:

b

Đi ều kiện ràng
bu ộc; chỉ ti êu
mong
muốn;
yêu cầu kỹ thuật

A

α

B

β

C

γ

…

…

aa

Z

ω

bb

…

…

…

…
z

zz

C hi tiết / cụm
chi tiết / bộ
ph ận / module
của máy
Th am số / đại
lượng

…

Hình 1. Mơ hình thiết kế theo YBT tổng qt
2. THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY XẺ GỖ
DẠNG KHUNG KIỂU MỚI

Khi tất cả những đối tượng kể trên được
tập hợp lại để thành một YBT tổng quát. Thì
tùy vào từng bối cảnh sản xuất sẽ hình thành
một quy trình thiết kế phù hợp. Ta xét một
vài trường hợp sau:
- Khi kinh phí của nhà sản xuất được đảm
bảo, yêu cầu đặt ra cho máy xẻ gỗ là chất
lượng và năng suất, vậy thì khâu (II) cần
được ưu tiên hàng đầu. Quy trình thiết kế sẽ
phải bắt đầu từ việc xem xét và thỏa mãn
các điều kiện về mặt tính tốn. Bởi vì có
thỏa mãn thì máy mới có năng suất và chất
lượng cao.
- Và một ví dụ điển hình khác, được xét cụ
thể trong bài báo này. Khi mà công nghệ chế
tạo (I) ảnh hưởng trực tiếp đến thiết kế.
Trong bối cảnh này khơng thể chế tạo một
lưỡi cưa có thơng số hình học răng cưa và
kích thước tùy ý. Lưỡi cưa đã có sẵn và chỉ
có thể mua được loại nhất định.
Đi theo 2 quy trình thiết kế của 2 bối cảnh
trên, ta thu được thiết kế của cụm mô-đun
tương ứng, nó đóng vai trị là bộ phận lao tác
chính của máy xẻ, như thể hiện trong Hình 2.
Dựa trên bản thiết kế, tiến hành chế tạo, ta sẽ
thu được 2 máy xẻ tương ứng với 2 trường

hợp bối cảnh thiết kế như có thể thấy trong
Hình 3.

220


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3

(I)

(II)

Hình 2. Thiết kế cụm module theo 2 bối cảnh: (I) - khi điều kiện công nghệ chế tạo
được chú trọng đầu tiên và (II) - khi chất lượng được ưu tiên hàng đầu

(I)

(II)

Hình 3. Chế tạo máy xẻ gỗ dạng khung kiểu mới theo 2 bối cảnh: (I) - khi điều kiện
công nghệ chế tạo được chú trọng đầu tiên và (II) - khi chất lượng được ưu tiên hàng đầu
3. KẾT LUẬN

4. TÀI LIỆU THAM KHẢO

Bài báo đã đề xuất một phương pháp “Yêu [1] Phung V.B., Dang H.M., Gavriushin S.S.
(2017c). Development of mathematical
cầu - Bộ phận - Tham sô (YBT)” dùng thiết
model for lifecycle management process of
kế các hệ thống cơ khí phức tạp dựa trên khái

new type of multirip saw machine. Journal
niệm quản lý vòng đời sản phẩm. Phương
of Science and Education. MSTU NE
pháp thiết kế YBT cho thấy khả năng ứng
Bauman. Moscow (In Rus sian).
dụng cao trong nhiều bối cảnh sản xuất khác [2] Blokhin М.А. (2015). Research and
nhau, khi các yêu cầu cấp thiết có sự thay
development of saw machine with circular
đổi. Sử dụng phương pháp này ta thu được 2
forward movement of saw blades. Research
bản thiết kế và 2 máy xẻ tương ứng. Vì vậy,
report. MSTU NE Bauman. Moscow. 313 p.
YBT có thể áp dụng để chế tạo nhiều hệ
(In Russian).
[3] Phung V. B. (2017a). Automation and
thống cơ khí phức tạp khác.
management of the decision-making process
for multi-criteria design of a new type of
frame saw machine. PhD document. MSTU
NE Bauman. Moscow. 157 p. (In Russian).

221