Thiết kế hệ thống kẹp giữ gỗ máy cưa vòng cd3 tại trung tâm nghiên cứu thực nghiệm và chuyển giao công nghệ công nghiệp rừng đại học lâm nghiệp

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
KHOA CHẾ BIẾN LÂM SẢN
..............................

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Đề tài: “ Thiết kế hệ thống kẹp giữ gỗ máy cƣa vòng CD3 tại trung tâm
nghiên cứu thực nghiệm và chuyển giao công nghệ công nghiệp rừng
Đại học Lâm Nghiệp”

Chuyên ngành : CHẾ BIẾN LÂM SẢN
Mã số
: 101

Giáo viên hƣớng dẫn : TS. Hoàng Tiến Đƣợng
Sinh viên
: Lý Văn Hùng
Khóa học
: 2007 – 2011

Hà nội - 2011

1


ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay tại Trung tâm Thực nghiệm và chuyển giao công nghệ rừng –
Trường ĐH Lâm Nghiệp, máy cưa vòng CD3 là loại cưa dùng để xẻ phá các
loại gỗ lớn trong dây truyền công nghệ chế biến gỗ. Các công đoạn tiếp theo
phụ thuộc rất nhiều vào cơng đoạn xẻ của cưa vịng hay chính là tỷ lệ lợi dụng
gỗ của cưa vịng. Vì vậy nó địi hỏi rất nhiều các thơng số kỹ thuật chính xác,
các cơ cấu nhanh gọn, từ đó tránh được thời gian khơng sử dụng máy trong

q trình sử dụng cưa để phù hợp với tình hình sản xuất của Trung tâm nói
riêng và của dây chuyền sản xuất nói chung.
Để khơng ngừng nâng cao năng suất lao động đồng thời góp phần nâng
cao chất lượng sản phẩm nhằm đạt được hiệu quả kinh tế cao. Một trong
những biện pháp quan trọng nhất có tính chất quyết định là thiết kế, cải tạo và
hoàn thiện trang thiết bị sản xuất.
Để làm ra một sản phẩm nào đó từ gỗ, đều phải trải qua nhiều q trình,
cơng đoạn khác nhau. Trong đó có quá trình xẻ gỗ. Để đảm bảo cho quá trình xẻ
gỗ khơng bị xê dịch, xoay lật, đúng kích thước, đồng thời đảm bảo an toàn cho
người lao động trong khi làm việc, yêu cầu hệ thống các máy móc, thiết bị an
toàn, phù hợp đúng tiêu chuẩn kỹ thuật, trong đó có hệ thống kẹp giữ gỗ.
Xuất phát từ thực tế và nhu cầu nói trên, được sự đồng ý của bộ môn
Máy, Khoa CBLS – Trường ĐH Lâm Nghiệp, cùng sự hướng dẫn của Tiến sĩ
Hoàng Tiến Đượng, tôi tiến hành nghiên cứu, “Thiết kế hệ thống kẹp giữ gỗ
máy cƣa vòng CD3 tại Trung tâm nghiên cứu thực nghiệm và chuyển
giao công nghệ công nghiệp rừng_Đại học Lâm Nghiệp”.
Do thời gian và điều kiện có hạn nên nội dung đề tài chưa được sâu sắc
và còn nhiều sai sót. Rất mong được sự quan tâm đóng góp ý kiến của các
thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để đề tài được hoàn thiện và sâu sắc hơn,
phục vụ tốt công tác nghiên cứu khoa học và sản xuất.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 10 tháng 5 năm 2011.
Ngƣời thực hiện
Lý Văn Hùng
2


CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Khái quát về cƣa xẻ:
Cưa xẻ là dạng cắt gọt chuyên dùng làm mục đích phân chia phơi

(cây gỗ, phiến gỗ, gỗ thanh ván) thành 2, 3,4 hoặc nhiều phần để được sản
phẩm có kích thước nhỏ hơn và ngắn hơn, sản phẩm làm ra nói chung
thường có dạng hình khối và khơng bị biến dạng do q trình cắt gọt gây
ra.
Nhìn chung cưa xẻ là dạng cắt kín. Trường hợp cắt gọt chuyên dùng
này có thể phân chia thành nhiều dạng khác nhau:
 Theo hướng cưa với chiều thớ gỗ có xẻ dọc, cưa ngang và cưa hỗn
hợp:
-Xẻ dọc: chủ yếu để phân chia gỗ cây thành những thanh gỗ nhỏ theo
chiều dọc thớ.
-Cưa ngang: chủ yếu để cưa ngang cây gỗ, hướng phân chia vng góc
với chiều thớ gỗ, sản phẩm tạo ra có chiều dài ngắn hơn chiều dài phôi.
-Cưa hỗn hợp: là dạng cưa kết hợp cả cưa ngang và cưa dọc.
 Theo dạng chuyển động của lưỡi cưa: Chuyển động tịnh tiến, khứ hồi
(cưa sọc), chuyển động trịn (cưa đĩa), chuyển động vịng vơ tận (cưa vòng),
chuyển động thẳng (tia laze, dòng thủy lực).
 Theo động lực của bộ phận động cắt gọt: tạo phoi và không tạo phoi.
 Theo dạng cấu trúc công cụ cắt: lưỡi cưa là thanh bản thép mỏng khép
kín có dạng băng tải, bản thép hình trịn dạng đĩa, dạng xích,… nếu xét sâu
hơn từng loại công cụ chúng ta lại có các kết cấu khác nhau.
1.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng cơ cấu kẹp giữ gỗ cho cưa vòng nằm
Thế giới ngày nay đã và đang cải thiện thiết bị kỹ thuật công nghệ
nhằm giảm thiểu đến mức thấp nhất sức lao động của con người,Việt Nam
cũng nằm trong xu hướng phát triển đó,chúng ta cũng có những đề tài nghiên
cứu để giảm bớt sức lao động con người,nâng cao sản xuất nhưng do trình độ
khoa học kỹ thuật chưa cao nên vẫn thủ công.

3

Hệ thống kẹp giữ gỗ máy cưa vòng CD3 của Trung tâm thực nghiệm
và chuyển giao công nghệ rừng đang sử dụng là hệ thống vam kẹp gỗ đóng
trên đà kê bằng gỗ 1 đầu và 1 đầu còn lại đóng vào thân khúc gỗ cần xẻ.
Do đà kê ở đây trong quá trình lâu ngày sử dụng nên việc đóng vam
kẹp gỗ nhiều lần dẫn tới mỗi khi muốn kẹp giữ gỗ thì việc lựa chọn vị trí của
vam kẹp gỗ trên đà kê và trên thân khúc gỗ mất rất nhiều thời gian. Có khi vết
vam trên đà kê sau nhiều lần đóng trùng nhau nên độ bám dính của vam kẹp
gỗ trên đà kê khơng đảm bảo q trình của hoạt động và có thể bị tụt ra, nên
phải tiến hành đóng lại làm tốn thời gian đồng thời làm ảnh hưởng xấu đến
chất lượng sản phẩm gỗ xẻ, làm cho năng suất lao động thấp, Chính vì vậy
việc cải tạo hệ thống kẹp giữ gỗ cho cưa vịng CD3 là một việc quan trọng
góp phần cải thiện năng suất lao động và chất lượng sản phẩm của Trung tâm.
Xuất phát từ thực trạng như vậy, tôi xin thực hiện đề tài:
“Thiết kế hệ thống kẹp giữ gỗ máy cƣa vòng CD3 tại Trung tâm nghiên
cứu thực nghiệm và chuyển giao công nghệ công nghiệp rừng
Đại học Lâm Nghiệp ”.
1.3. Mục tiêu nghiên cứu
Đề tài chúng tôi thực hiện với mục tiêu : thiết kế hệ thống kẹp giữ gỗ
cho máy cưa vòng CD3 tại trung tâm nhằm cải thiện điều kiện làm việc cho
công nhân, học sinh thực tập và nâng cao chất lượng sản phẩm xẻ.
1.4. Nội dung nghiên cứu
- Khảo sát nghiên cứu cấu tạo hoạt động của máy cưa vòng CD3 tại trung
tâm
- Nghiên cứu tổng hợp các cơ sở lý thuyết về thiết kế máy cưa vòng CD3
- Nghiên cứu, đề xuất phương án thiết kế cơ cấu kẹp giữ gỗ cho cưa vịng
CD3 tại trung tâm
- Tính tốn thiết kế theo phương án đã chọn
1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phương pháp điều tra khảo sát: phương pháp này áp dụng để nghiên cứu cấu
tạo hoạt động của máy cưa vòng CD3 tại trung tâm

4


- Phương pháp lý thuyết: phương pháp này nhằm tổng hợp các cơ sở lý thuyết
về thiết kế máy và tính tốn thiết kế
- Phương pháp chun gia: phương pháp này nhằm tham khảo các chuyên gia
để đề xuất, lựa chọn các phương án thiết kế.
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ THIẾT KẾ
2.1. Cơ sở lý thuyết
2.1.1. Các giải pháp kẹp giữ gỗ cho cƣa vòng
- Kẹp gỗ theo nguyên lý thủy lực: là một trong những kỹ thuật hiện đại nhất
hiện nay, thuận lợi cho việc hoàn thiện, nâng cao mức độ cơ giới hoá và tự
động hoá cho các máy công tác. Khi sử dụng các dẫn động thuỷ lực các cơ
cấu chấp hành của máy được đưa tới hoạt động từ những động cơ thuỷ lực
Phạm vi ứng dụng: Kẹp gỗ theo nguyên lý thủy lực có ưu điểm khối lượng và
kích thước các thiết bị thuỷ lực nhỏ, khả năng truyền lực và momen lớn, đảm
bảo tính nhanh nhạy cao, tính liên tục ttrong hoạt động và khoảng điều chỉnh
vận tốc rộng, được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy, xí nghiệp lớn, có trình
độ kỹ thuật cao.
Nhược điểm: giá thành đắt
- Kẹp gỗ theo nguyên lý khí nén: sử dụng các xilanh khí nén nhờ nguồn cung
cấp qua các ống dẫn khí để thực hiện điều khiển hoạt động các cơ cấu cháp
hành.
Phạm vi ứng dụng: Ưu điểm là cấu tạo đơn giản, tính nhanh nhạy cao, độ tin
cậy và tuổi thọ lớn, độ an toàn cháy nổ tốt.
Nhược điểm: giá thành tuy thấp hơn dùng thiết bị theo nguyên lý thuỷ lực
nhưng vẫn đắt tiền hơn nhiều so với mặt bằng chung hiện nay.
- Kẹp gỗ theo nguyên lý cơ khí và phạm vi ứng dụng: tuy giá thành rẻ nhưng
chất lượng không thua kém hơn so với 2 hệ thống kẹp gỗ theo nguyên lý thuỷ

lực và khí nén, phù hợp với điều kiện đất nước ta hiện nay nói chung và trung
tâm cơng nghiệp rừng ĐH Lâm Nghiệp nói riêng.
5


2.1.2. Các thông số động học, động lực học của máy cƣa vịng nằm
a. Các thơng số động học của máy cƣa vòng nằm
V 

Rn
30

- Tốc độ cắt gọt:
Với cưa vòng, tốc độ cắt gọt trong khoảng 30 – 50 m/s
- Tốc độ ăn dao: Gọi Uz là lượng đẩy gỗ ứng với một răng cưa, t là bước
răng,V là tốc độ cắt gọt thì tốc độ đẩy ( tốc độ ăn dao) được tính theo cơng
thức:
Tốc độ cắt gọt thực

U

60.U z .V
t

Vt  V  U
Vt  V 2  U 2

Hình 1:

6

b. Các thông số động lực học của máy cƣa vịng nằm

Hình 2:
Nếu gọi pi, qi là thành phần lực cắt và đẩy của một răng cưa, ta có lực tổng
hợp là: z
H
H
H
H
Ut
KBHU
P   pi  . pi  KBh  KBU z cos   KB
cos  
t
t
t
t
60V
60V
i 1
Tỷ suất lực cắt K có thể xác định theo cơng thức thực nghịêm, với gỗ Giẻ, góc
cắt  = 650,tốc độ cắt V=45 m/s,ta có:
4.52 2.14h 0.1H 
 9.2
K gie  
a   39.2  0.0318H 



a
B
B
B 
 h

Lực cắt cũng có thể tính theo cơng thức thực nghiệm với gỗ Giẻ, góc cắt  =
650,tốc độ cắt V=45 m/s,ta có:
H
Pgie  9.2a   39.2h  0.0318Hh B  4.52h  3.2h 2  0.1Hh
a
t
Thành phần lực đẩy xác định theo công thức:

 





Pd=m.Pc = (0.2 – 1) Pc
2.1.3. Yêu cầu cơ bản đối với cơ cấu kẹp giữ
- Thực hiện được chính xác nhất quy luật chuyển động định trước của phôi.
- Tạo được lực giữ đủ để thắng các lực đẩy tác dụng lên phôi.
- Đảm bảo việc giữ mà không cần quy định chuẩn lại phơi trong q trình
máy cưa làm việc.
7


- Tránh được hư hỏng phơi trong q trình kẹp gỗ.

- Thao tác, vận hành nhẹ nhàng êm thuận.
- Khoảng điều chỉnh phôi cần thiết theo yêu cầu nhất định.
- Nhỏ gọn, tiện lợi sử dụng và an toàn trong làm việc.
- Độ bền, độ cứng và chịu mòn cao.
- Giá thành rẻ
2.1.4. Lý thuyết tính tốn độ bền chi tiết máy:
Trong q trình thiết kế để tính tốn kích thước độ bền cho các chi tiết,
bộ phận như: bánh vít, trục vít, bánh răng, thanh răng, nhàm kẹp, gối đỡ…dựa
vào lý thuyết tính tốn đã trình bày trong giáo trình “ Thiết kế chi tiết máy”
của tác giả Nguyễn Trọng Hiệp- Nguyễn Văn Lâm, NXB Giáo Dục (1998)
2.2. Cơ sở thực tế
2.2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động máy cƣa vòng CD3:
a. Cấu tạo máy cƣa vòng CD3
CD3 là loại công cụ cắt gọt chuyên dùng để xẻ phá các loại cây gỗ lớn,
xẻ ván lớn, là dạng cắt kín mà cơng cụ là bản thép mỏng, vịng trịn có hai
cạnh đai,
một cạnh là lưỡi cắt cơ bản, các lưỡi cắt này xuất hiện liên tiếp như không bao
giờ hết. Vì vậy người ta gọi lưỡi cưa vịng có chuyển động vơ tận. Gỗ chuyển
động đều theo hướng vng góc với tốc độ cắt, song song với bản cưa.
Cấu tạo CD3 gồm các bộ phận chính: bộ phận động lực, bộ phận
truyền động và bộ phận công tác.
1: giá đỡ bánh đà
2: bánh đà
3: cơ cấu điều chỉnh bánh đà
4: lưỡi cưa
5: cơ cấu nâng hạ lưỡi cưa
6: đà kê
Hình 3: Cấu tạo CD3
8

b. Nguyên lý hoạt động của máy cƣa vòng CD3
Khi động cơ hoạt động, momen quay truyền từ puly chủ động tới puly
bị động qua hệ thống dây đai, Puly bị động được nối cứng với bánh đà chủ
động quay, lưỡi cưa quay theo và thực hiện quá trình xẻ. Lúc này lưỡi cưa và
hai bánh đà đã được căng với ứng suất nhất định. Sau khi điều chỉnh kích
thước phù hợp người sử dụng cưa đẩy cả dàn cưa về phía gỗ cần xẻ với tốc độ
đẩy phù hợp.
2.2.2. Các thơng số cơ bản của máy cƣa vịng CD3:
-Đường kính gỗ xẻ lớn nhất: 820 mm
-Đường kính gỗ xẻ nhỏ nhất: 200 mm
-Chiều dài gỗ lớn nhất: 7330 mm
-Công suất và số vịng quay động cơ chính: N= 11kW, n= 1450 v/p
-Cơng suất và số vịng quay động cơ chính: N= 0,75 kW, n= 1410v/p
-Đường kính bánh đà: 800 mm
-Chiều dài lớn nhất của lưỡi cưa: 8000 mm
-Chiều dài lớn nhất của lưỡi cưa: 5000 mm.

9


CHƢƠNG 3:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG KẸP GIỮ GỖ MÁY CƢA VÒNG CD3
3.1. Đề xuất và lựa chọn phƣơng án thiết kế
3.1.1. Đề xuất phƣơng án
Như phần trên đã trình bày thì chúng ta có nhiều ngun lý kẹp giữ
khác nhau như: kẹp giữ bằng thủy lực, khí nén, cơ khí…Tuy nhiên trong điều
kiện thực tiễn tại trung tâm chúng tôi đề xuất một số phương án kẹp giữ bằng
cơ khí.
Phương án 1: Thay lại các đà kê:

Nguyên lý hoạt động: khi gỗ đặt trên đà kê theo yêu cầu của mạch xẻ,
tùy thuộc vào hình dạng của thân khúc gỗ để lợi dụng được tỷ lệ gỗ xẻ. Khi
đó người công nhân sẽ dùng 1 tay cầm đinh đỉa lựa chọn lựa chọn vị trí của
mũi đinh đỉa trên đà kê, đồng thời tay cịn lại cầm búa đóng vào nơi giao nhau
giữa đầu và thân đinh đỉa thì mũi đinh đỉa bám chặt vào gỗ mà không bị trượt
ra và phần đầu của đinh đỉa phải có hướng phù hợp sao cho khi cưa hoạt động
để gỗ không bị trượt trên đà hay xoay lật.
Ưu điểm của phương án này là vốn đầu tư không đáng kể song thao
tác của người công nhân nặng nhọc, năng suất thấp, mau hỏng, ảnh hưởng xấu
tới chất lượng sản phẩm, độ chính xác thấp do khi đóng đinh đỉa gỗ dễ bị xê
dịch hoặc xoay lật, trong khi 2 bên đóng khơng thể cân bằng về lực và không
thể đồng thời cây gỗ có tiết diện căt ngang là đường trịn được.
Phương án 2: phục hồi lại cơ cấu cam
Ưu điểm: thao tác nhanh, đơn giản, khả năng làm việc tốt. Người
công nhân đẩy 2 ụ sắt tiến dần vào khúc gỗ để định vị ụ sắt vào thanh dẫn và
vị trí thích hợp của mỏ kẹp trên cây gỗ sau đó dùng cà lê quay trục. Trong quá
trình thao tác, 2 mỏ kẹp sẽ tiến vào khúc gỗ cùng một lúc. Chính vì vậy mà
cây gỗ sau khi nằm trên đà kê nên ít bị xê dịch trong q trình xẻ.

10


Nhược điểm: khả năng tự hãm kém nên cần phải có cơ cấu tự hãm.
Nếu khơng có thì trong q trình cưa làm việc, cơ cấu cam sẽ trượt khỏi vị trí
lúc đầu. Như vậy sẽ dẫn đến các thanh dẫn chuyển động làm cho các ngàm
kẹp chuyển động theo, có xu hướng đi ra khỏi khúc gỗ và chúng khơng có khả
năng kẹp giữ gỗ. Trong q trình thao tác, cơ cấu cam chịu ma sát trượt lớn
và tiếp xúc đường nên chịu lực va đập kém và chóng bị mài mịn. Hạn chế
hành trình chuyển động, dẫn đến mất nhiều thời gian thao tác khi xẻ những
khúc gỗ có tiết diện thay đổi. Vì hành trình nhỏ nên khi thay đổi mạch xẻ thì

phải thay đổi vị trí của mỏ kẹp trên khúc gỗ, khi đó bắt buộc phải thay đổi vị
trí của ụ di động.
Phƣơng án 3: Kẹp giữ gỗ bằng cơ cấu vít – đai ốc
Ưu điểm:
Cấu tạo đơn giản, khả năng truyền lực lớn. So với cơ cấu cam thì cơ
cấu vít – đai ốc có cấu tạo đơn giản hơn. Khả năng truyền lực của nó lớn hơn
vì chúng xốy được vào gỗ. Khả năng tự hãm tốt, chịu được lực va đập, vì
tiếp xúc giữa vít – đai ốc là tiếp xúc mặt ren.
Khả năng di dịch vít lớn: khi thay đổi mạch xẻ thì dù cho thiết diện
của khúc gỗ thay đổi, ta cũng rất ít khi phải thay đổi vị trí của ụ di động mà
chỉ cần điều chỉnh ở vít. Do đó giảm được thời gian thao tác. Thao tác nhẹ,
đơn giản: vì chuyển động của vít cắm vào gỗ là dưới dạng xoắn ốc, đầu của
vít là nhọn, chính vì vậy mà vít giữ được gỗ ổn định hơn cơ cấu cam.
Nhược điểm: ngồi những ưu điểm trên thì phương pháp kẹp giữ gỗ
bằng vít – đai ốc cịn có một số nhược điểm sau: Cồng kềnh hơn so với cơ cấu
cam, thời gian thao tác lâu hơn cơ cấu cam, nhưng thực tế thì mức độ chênh
lệch thời gian cũng khơng nhiều lắm. Vì đối với vít thì phải thao tác riêng cho
từng vít, cịn đối với cơ cấu cam thì cả 2 mỏ kẹp cùng vào hoặc ra một lúc.
Nhưng khi xẻ những khúc gỗ có tiết diện thay đổi mà phải thay đổi vị trí
mạch xẻ nhiều lần, khi đó thời gian thao tác nhanh hơn.

11


3.1.2. Lự a chọ n phư ơ ng án thiế t kế : Qua phân tích ưu nhược điểm của 3
phương án, kết hợp điều kiện thực tế của xưởng, tôi tiến hành thiết kế cải tạo
theo phương án 3: phương án kẹp giữ gỗ bằng cơ cấu vít – đai ốc.
3.2. Tính tốn thiết kế theo phƣơng án chọn
3.2.1. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống

Hình 4 : Sơ đồ hệ thống kẹp giữ gỗ bằng cơ cấu vít – đai ốc
1: khúc gỗ cần xẻ
2: lưỡi cưa
3: vít kẹp gỗ
4: đai ốc
5: ụ sắt di động
6: đà kê
8: vít định vị ụ di động
9: thanh dẫn
10: bệ cố định thanh dẫn
11: đường ray dẫn hướng cưa
12: bệ cố định ray

12


3.2.2. Tính tốn chi tiết cho phƣơng án thiết kế
3.2.2.1. Tính tốn động lực học cho hệ thống
Để thiết kế và kiểm tra bền cho hệ thống kẹp giữ gỗ, ta cần tính tốn
các thành phần ngoại lực sau tác dụng lên hệ thống:
a. Tính lực cắt
Tỷ suất cắt với gỗ giẻ khi góc cắt là 650 và vận tốc cắt là 45 m/s¸được
tính theo cơng thức:
Kc =(

aρ + 39,2 + 0,0318H +

+

+

)

(N/mm2).

Trong đó:
B: Chiều rộng mạch xẻ, B = 1,4 + 2

0,5 = 2,4 mm

H: Chiều cao mạch xẻ, H = 500 mm
h: Chiều dày thực của phoi, tương đương lượng đẩy gỗ trong một răng cưa,
h = 0,22 mm
aρ: hệ số độ tù, ta tính cho trường hợp lưỡi cưa đang hoạt động bình thường,
ρµk = 40
Tra bảng 21(MTBGCG), ta được aρ = 2
a = a1 .aw at

av

aφ

a1: hệ số kể đến ảnh hưởng của loại gỗ, đối với gỗ giẻ tra bảng 17
(MTBGCG), ta có a1 = 1,7
aw : hệ số phụ thuộc vào độ ẩm. Khi độ ẩm lớn thì aw lớn. Ta xét trường hợp
gỗ khô vừa. Tra bảng 18 (MTBGCG), ta được aw = 1,05
at: hệ số phụ thuộc vào độ ẩm của gỗ, nhiệt độ càng nhỏ, at càng lớn, khi đó
lực cắt cũng càng lớn, ta chọn t = 200. Tra bảng 19 (MTBGCG) ta được at = 1
av: hệ số phụ thuộc vào vận tốc cắt, vận tốc cắt thích hợp nhất là (30

50φ)

m/s. Tra bảng 22 (MTBGCG) ta được av = 1,25
aφ: hệ số phụ thuộc vào góc gặp thớ. Ta lấy trường hợp lớn nhất khi φ = 900.
Tra bảng 20 (MTBGCG), ta có aφ = 1,25
Ta được a = 1,7
t: bước răng cưa vòng xẻ, lấy t = 60 mm
13


Thay các giá trị vào công thức trên, ta được:
Kc=(

Kc = 450,84 (N/mm2).
Lực cắt của cưa đối với gỗ giẻ được tính theo cơng thức: Pc =
Trong đó: u =

(N) (1)

(2)

Thay (2) vào (1) được: Pc =

=

= 1983,7 (N)

b. Tính toán lực đẩy: Lực đẩy được xác định như sau: Pđ = (0,2
Chọn Pđ = 0,2

Pc = 0,2

1)

Pc

1983,7 = 396,74 (N)

Để đảm bảo cho hệ thống vam kẹp làm việc được ổn định, ta tính tốn lực cắt
và lực đẩy của lưỡi cưa đối với gỗ lim.
Hệ số loại của gỗ lim là 3,5; của gỗ giẻ là 1,7.
Ta có: Pc lim =

Pc giẻ =

Pđ lim = 0,2

1983,7 = 4084 (N)

4084 = 816,8 (N)

Ta có hình biểu diễn mối quan hệ giữa lực cắt và lực đẩy của lưỡi cưa đối với
gỗ như hình 5:
1.Lưỡi cưa
2.Gỗ
Pc: lực cắt
Pđ: lưc đẩy
v: vận tốc cắt
u: vận tốc đẩy
Hình 5: mối quan hệ giữa lực cắt và lực đẩy của lưỡi cưa đối với gỗ

14


c. Tính tốn lực ma sát giữa cây gỗ và đà kê:
Vai trò của lực ma sát trong việc giữ gỗ, thực chất lực ma sát đóng vai trị giữ
gỗ chắc chắn và ổn định hơn.
Ta tính cho trường hợp khúc gỗ xẻ có Dmax và Lmin. Trong q trình xẻ thì
phần gỗ ở phía trên đà kê được bỏ ra. Điều này dẫn đến trọng lượng khúc gỗ
trên đà kê chỉ bằng ½ trọng lượng khúc gỗ ban đầu.
Phần trọng lượng khúc gỗ còn lại đặt trên 2 đà kê, ta coi như trọng lượng của
khúc gỗ trên mỗi đà kê là như nhau. Vậy trong trường hợp này, lực ma sát
giữa gỗ và đà kê là nhỏ nhất. Nên trong quá trình xẻ thì gỗ dễ bị trượt và xoay
lật trên đà kê.
Trọng lượng của khúc gỗ là:
P=

v

9,81. Trong đó:

V: Thể tích khúc gỗ, v =

=

Khối lượng riêng của gỗ lim,
Ta có: P = 930

= 0,15
g/cm3 = 930 kg/m3

= 1432,3581 (N)

Trọng lượng khúc gỗ tác động lên 1 đà kê là: P =

= 358,0895

(N)

Vậy khi cưa làm việc thì gỗ có xu thế trượt trên đà kê theo sơ đồ hình 6
1: khúc gỗ cần xẻ
2: đà kê
Fms: lực ma sát giữa gỗ và đà kê
Pc: lực cắt của cưa tác dụng vào gỗ
P: trọng lượng khúc gỗ

Hình 6: Sơ đồ lực khi gỗ làm việc

15


Lực ma sát giữa khúc gỗ cần xẻ và đà kê được tính theo cơng thức:
Fms1 đà = P

fms

Do đà kê bằng gỗ nên ta có: fms = 0,5
Vậy Fms1 đà = 358,0895

0,5 = 179,045 (N)

Lực ma sát giữ khúc gỗ cần xẻ và đà kê ở đây ta không xét đến ma sát lăn.
3.2.2.2. Tính tốn kích thƣớc và kiểm tra bền cho chi tiết
a. Tính tốn mỏ kẹp:
- Tính tốn từ thân mỏ kẹp: chọn kích thước của thân mỏ kẹp có chiều dài 580
mm, chiều dày 22 mm, chiều rộng 44 mm. Theo hình 7a:

Hình 7a: Thân mỏ kẹp
- Vật liệu làm thân mỏ kẹp, chọn vật liệu là thép CT5. Tra bảng 14_2 (CTM), ta
có:

550 (N/mm2), nên [ ]u =

= 275 (N)

+ Kiểm tra điều kiện bền
-Ta xét trường hợp mỏ kẹp làm ở trạng thái nguy hiểm nhất, khi đó mỏ kẹp kẹp
khúc gỗ có Dmax và vị trí của mũi vít trên khúc gỗ là cao nhất (tức là mỏ kẹp kẹp
16


vào khúc gỗ ở vị trí thấp hơn ½ Dmax). Tiết diện nguy hiểm nhất của mỏ kẹp là
tại mặt cắt của mỏ kẹp tiếp xúc với mặt trên của ụ di động.
Gọi L là chiều dài của mỏ kẹp tính từ mặt trên của ụ di động đến vị trí kẹp vào
gỗ, L được tính như sau:
L = l + h + l’,

Trong đó:

l: khoảng cách từ mũi mỏ kẹp cắm vào gỗ đến mặt trên của đà kê.

Lấy l= 200 mm
h: chiều cao của đà kê, h = 210 mm
l’: khoảng cách từ mặt trên của di động đến mặt dưới của đà kê, l’ = 15 mm
L = 200 + 210 + 15 = 425 (mm)
Sơ đồ chịu lực của mỏ kẹp được đơn giản hóa theo hình 7b:

Hình 7b: Sơ đồ chịu lực của mỏ kẹp
Trong đó:
Pc’: lực cắt của lưỡi cưa tác dụng lên mỏ kẹp bên phải được dời về điểm B, (B là
điểm mỏ kẹp cắm vào khúc gỗ cần xẻ), thực tế thì lực này nằm trên vị trí của mũi
mỏ kẹp và cách mũi mỏ kẹp một khoảng trong trường hợp Dmax là l3’ = 250 mm.
Pc”: lực cắt của lưỡi cưa tác dụng lên mỏ kẹp bên trái được dời về điểm A.
Pđ’: lực đẩy tác dụng lên mỏ kẹp bên phải được dời về điểm B.
17


Pđ’’: lực đẩy tác dụng lên mỏ kẹp bên phải được dời về điểm A.
Mcx’: mô men uốn quanh trục x do lực cắt Pc’ dời về điểm B gây ra.
Mcx’’: mô men uốn quanh trục x do lực cắt Pc’’ dời về điểm A gây ra.
Mđy’: mô men uốn quanh trục x do lực cắt Pđ’ dời về điểm B gây ra.
Mđy’’: mô men uốn quanh trục x do lực cắt Pđ’’ dời về điểm A gây ra.
l1: chiều dài làm việc của ren vít. Tính cho trường hợp đã vặn hết ren l 1 = 150
mm, (khoảng cách từ mũi đầu đai ốc đến hết mũi vít vào gỗ).
l2: chiều dài của thân vam kẹp, tính từ vị trí cao nhất của vam kẹp vào gỗ đến
mặt trên của ụ di động, l2 = L = 425 mm.
l3: khoảng cách từ mép ngoài của gối cố định thanh dẫn đến vị trí của ụ di động
bên phải. Khi đang làm việc với Dmax, l3 = 850 mm, khi đó l4 = 50 mm.
-Ta xét trường hợp lực nguy hiểm nhất của vam kẹp, tức là khi xẻ cây gỗ có
Dmax, chỉ có 2 cặp vam kẹp giữ gỗ và giả sử mỗi cặp vam kẹp chỉ có một mỏ kẹp
bên phải làm việc (lực chỉ tập trung tác dụng vào một mỏ kẹp).

Trong trường hợp này, sơ đồ chịu lực của mỏ kẹp được đơn giản hóa như hình 8:

Hình 8: Sơ đồ chịu lực của 1 mỏ kẹp
Khi đó lực tác dụng lên 1 mỏ kẹp gồm lực cắt Pc’, lực đẩy Pđ’, mô men uốn Mc’
và Mđ’.
18


Pc’ =
Pc’ =
Pđ’ =

- Fms (giữa gỗ và đà kê)
- 179,045 = 1863 (N)

=

(N)

Khi mỏ kẹp chỉ chịu tác dụng lực cắt Pc’ ta có sơ đồ chịu lực của mỏ kẹp hình 9:

Hình 9: Sơ dồ chịu lực mỏ kẹp
Ta có biểu đồ momen như hình 10:

Hình 10: Biểu đồ momen

19


Mô men do Pc’ gây ra tại D là nguy hiểm nhất và có giá trị là:

MuBx = Pc’

l3’ = 1863

MuDx = Mcx’ = Pc’

(N/m)

(l3’ + l2)

l3’: khoảng cách từ mạch xẻ đầu tiên của khúc gỗ có Dmax đến vị trí của mũi mỏ
kẹp cắm vào gỗ tại vị trí max, l3’ = 250 mm = 0,25 m.
l2 = L = 425 mm = 0,425 m.
Mcx’ = 1863

(0,25 + 0,425) = 854,1588 (N/m).

MuDx = Mcx’ = 854,1588 (N/m)
Ngoài lực cắt Pc’ thì lực tác dụng vào mỏ cịn có thêm lực đẩy Pđ’.
Khi mỏ kẹp chỉ chịu tác dụng lực đẩy thì sơ đồ chịu lực của mỏ kẹp như
hình 11.

Hình 11: Sơ đồ chịu lực của mỏ kẹp

Dưới tác dụng của lực đẩy Pc’ thì mỏ kẹp phải chịu tác dụng của mô men uốn
quanh trục y, Biểu đồ mơ men như hình 12:

20

Hình 12: Biểu đồ mơ men
Pđ’: lực đẩy tác dụng vào mỏ kẹp theo phương y:
Pđ’ =

=
MuBy = MđBy’ = Pđ’
MuDy = Pđ’

l3’ = 408,4

(l3’ + l2) = 408,4

0,25 = 102,1 (N/m)
(0,25 + 0,425) = 203,815 (N/m)

Lực đẩy tác dụng lên mỏ kẹp gây ra mô men uốn lớn nhất tại D và MuDy =
203,815 (N/m).
Như vậy khi cưa làm việc thì tại tiết diện mặt cắt ở ngay mặt trên của ụ di
động sẽ sinh ra ứng suất nguy hiểm nhất của mỏ kẹp.
Ứng suất tại D được tính theo cơng thức:

σu =

Trong đó: Wx và Wy là mơ men chống uốn theo 2 phương x và y.
Vì tiết diện của mỏ kẹp là hình chữ nhật, các cạnh a= 22 mm, b= 44 mm, nên ta
có:
Wx =

= 3549,33 (mm2)

Wy =

= 7098,66

(mm2)

Mux: mô men uốn do lực cắt gây ra quanh trục x tại D
Mux = 854,1588 (N/m) = 854158,8 (N/mm)
Muy: mô men uốn do lực đẩy gây ra quanh trục y tại D
21


Muy = 203,815 (N/m) = 203815 (N/mm)
269,37 (N/mm2)

σu max =

Ta có σu max < [ ]u = 275 (N/mm2)
Vậy kích thước vật liệu đã chọn làm thân mỏ kẹp là thỏa mãn điều kiện bền.
b. Tính tốn thanh dẫn
Chọn kích thước và vật liệu làm thanh dẫn :
Ta chọn tiết diện của thanh dẫn là hình chữ nhật, với các kích thước là chiều dài
1100 mm, chiều dài làm việc 900 mm, chiều rộng 80 mm, chiều dày 15 mm.
Như hình 13:

Hình 13: Hình dạng và kích thước thanh dẫn
Chọn vật liệu làm thanh dẫn là thép 35. Tra bảng 5_3 (CTM), được

ch

= 300

(N/m)
[ ]u =

(N/mm2)

Kiểm tra bền cho thanh dẫn: khi thanh dẫn làm việc thì chịu tác dụng chủ yếu
của một số lực là lực đẩy và lực cắt, ta cũng chỉ xét trường hợp thanh dẫn chỉ
chịu tác dụng của lực cắt và lực đẩy. Khi ta dời lực cắt và lực đẩy về tại điểm D
và tại điểm D thanh dẫn sẽ chịu tác dụng của lực Pc’, Pđ’, Mux, Muy, Mxx.
22


Sơ đồ chịu lực của thanh dẫn được đơn giản hóa như hình 14:

Hình 14: Sơ đồ chịu lực của thanh dẫn
Trong đó:
Pc’: lực cắt của cưa được dời về điểm D (D là điểm đặt của mỏ kẹp trên thanh
dẫn).
Muy: mô men uốn trong mặt phẳng yox do lực cắt Pc’ dời về D gây ra.
Pđ’: lực đẩy được dời về điểm D.
Mut: mô men uốn trong mặt phẳng yot do lực đẩy Pđ’ dời về điểm D gây ra.
Mxx: mô men xoắn quanh trục x do lực đẩy Pđ’ dời về điểm D gây ra.
Xét trường hợp thanh dẫn chỉ chịu tác dụng của lực cắt Pc’. Ki đó lực cắt Pc’ gây
ra mơ men uốn Muy. Sơ đồ tính tốn như hình 15:

Hình 15: Sơ đồ chịu lực của thanh dẫn khi lực cắt gây ra
23

Giả sử ta cắt thanh dẫn tại K được thay thế bằng các thành phần lực là mô men
x1, lực cắt x2, và lực nén x3. Sơ đồ tính tốn như hình 16:

Hình 16: Sơ đồ tính tốn
Trong đó: Pc’ và Muy đã tính ở phần trước Pc’ = 1863 (N) và Muy = 854,1588
(N/m).
Để xác định x1, x2, và x3 ta lập phương trình chính tắc và nhân biểu đồ, ta
tìm được: x1 = 80,65; x2 = 277; x3 = 103,5.

24


Ta có biểu đồ mơ men cho trường hợp khi thanh dẫn chịu tác dụng của lực cắt
Pc’ như hình 17:

Hình 17: Biểu đồ mơ men
Xét

trường

hợp

thanh dẫn chỉ chịu tác
dụng của lực đẩy Pđ’. Khi
đó Pđ’ tạo mơ men Mut và
mô men Mxx. Ở đây ta xét
riêng trường hợp khi Pđ’
chỉ gây ra uốn Mut. Nếu ta
cắt tại đầu K thì K được

thay thế bởi các thành
phần lực x1’ và x2’.
Trong đó Pđ’ và Mut là lực
đẩy và mơ men uốn do lực
đẩy gây ra. Ở phần trước ta
đã tính được Pđ’ = 408,4 (N) và Mut = 203,815 (N/m) .
Để xác định x1’ và x2’ ta lập phưng trình chính tắc và dùng phương pháp nhân
biểu đồ tìm được: x1’ = 18,71 và x2’ = 64,3.

25