Tính toán thiết ké hệ thống truyền động và kết cấu của máy ép chỉnh hình gỗ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
---------------------

HỒ MINH TÚ

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG
VÀ KẾT CẤU CỦA MÁY ÉP CHỈNH HÌNH GỖ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đồng Nai, 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
---------------------

HỒ MINH TÚ

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG
VÀ KẾT CẤU CỦA MÁY ÉP CHỈNH HÌNH GỖ

CHUYÊN NGÀNH
KỸ THUẬT MÁY, THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ GỖ GIẤY
MÃ SỐ: 60.54.03.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS ĐẶNG ĐÌNH BÔI

Đồng Nai, 2012


1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Quá trình sản xuất ngày nay đòi hỏi một khối lượng nguyên liệu ngảy
càng nhiều. Trong khi đó, khả năng cung cấp gỗ từ rừng tự nhiên ngày càng
hạn chế, thậm chí không thể cung cấp, do quyết định đóng cửa rừng tự nhiên
của Chính phủ. Từ đó, khiến cho nguồn nguyên liệu của ngành chế biến gỗ
phải nhập khẩu, hoặc phải sử dụng một cách có hiệu quả gỗ rừng trồng mọc
nhanh. Đồng thời, triệt để tận dụng phế liệu gỗ trong sản xuất Lâm nghiệp,
bao gồm gỗ tỉa thưa, cành ngọn, cây gãy đổ trong khai thác rừng trồng và lõi
gỗ sau khi bóc ván mỏng. Hiện nay, loại thứ phế liệu này thường làm chất đốt
hoặc bỏ phí. Vì vậy, nghiên cứu sử dụng gỗ rừng trồng mọc nhanh và thứ phế
liệu trong sản xuất lâm nghiếp nói trên làm nguồn cung cấp nguyên liệu cho
sản xuất sản phẩm mộc và trang trí nội thất là rất cần thiết
Gỗ rừng trồng có nhiều ưu điểm như sinh khối lớn, năng suất cao, chu kỳ
khai thác ngắn, một số loài cây có khả năng tái sinh mạnh... Nhưng, gỗ rừng
trồng mọc nhanh hầu hết có độ bền tự nhiên kém, tính chất cơ học không cao,
khối lượng thể tích thấp. Gỗ tỉa thưa, cành ngọn, lõi gỗ bóc, có một điểm
chung lả đường kính nhỏ, chất lượng gỗ kém, độ bền cơ học thấp.
Để có thể sử dụng gỗ rừng trồng mọc nhanh, lõi gỗ bóc, cành ngọn, gỗ
nhỏ tia thưa có đường kính nhỏ, như một nguồn nguyên liệu ổn định và có độ
bền đạt yêu cầu trong sản xuất sản phẩm gỗ thì cần phải nâng cao tính chất cơ
học và độ bền tự nhiên của chúng. Vấn đề này có thể giải quyết bằng nhiều
phương pháp trong đó có cách nâng cao khối lượng thể tích của gỗ. Bởi vì,
khối lượng thể tích tỷ lệ thuận với cường độ chịu lực và phản ánh tương đối

toàn diện cho tính chất cơ học của vật liệu.
Một trong những giải pháp kỹ thuật để nâng cao khối lượng thể tích của
gỗ là sử dụng công nghệ biến tính, như vậy, muốn ứng dụng công nghệ này,


2

cần phải có một hệ thống thiết bị có khả năng đáp ứng được yêu cầu nén thay
đổi hình dạng kích thước và nhằm làm thay đổi cơ tính vật liệu gỗ.
Với trường hợp gỗ tròn và phế liệu có đường kính nhỏ đã nói ở trên,
không thể xẻ thành thanh, hoặc xẻ thanh không hiệu quả. Vì thế, cần sử dụng
công nghệ biến tính theo phương thức nén để biến những dạng gỗ tròn có
đường kính nhỏ, độ bền tự nhiên thấp trở thành nguồn nguyên liệu có tiết diện
ngang hình vuông hoặc chữ nhật và độ bền tự nhiên đáp ứng được những yêu
cầu cần thiết của nguyên liệu sản xuất sản phẩm mộc dân dụng, ván ghép
thanh và trang trí nội thất. Đồng thời không tạo ra phế liệu và không ảnh
hưởng xấu đến môi trường.
Tuy nhiên, để triển khai công nghệ nén chỉnh hình gỗ tròn đường kính
nhỏ thành gỗ có tiết diện ngang hình chữ nhật trong thực tế vẫn còn hạn chế
do không có máy và thiết bị để phù hợp để sử dụng.
Từ những phân tích trên, chúng tôi đề xuất thực hiện đề tài: “Tính toán,
thiết kế hệ thống truyền động và kết cấu của máy ép chỉnh hình gỗ” để góp
phần nâng cao chất lượng nguyên liệu trong lĩnh vực sản xuất đồ mộc và
trang trí nội thất.


3

Chương 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Trong xu thế hội nhập thế giới của Việt Nam, cùng với những bước phát
triển mọi mặt về xã hội, chính trị, kinh tế nhu cầu về sử dụng sản phẩm đồ
mộc dân dụng từ gỗ tự nhiên đòi hỏi ngày càng tăng dẫn tới tình trạng gỗ rừng
tự nhiên ở nước ta đã và đang suy giảm nghiêm trọng. Gỗ rừng trồng ở Việt
Nam đang giữ vai trò quan trọng, có xu hướng dần tiến tới thay thế gỗ rừng tự
nhiên, và là nguồn nguyên liệu chủ yếu, không thể thiếu cho công nghiệp chế
biến gỗ. Gỗ rừng trồng có rất nhiều ưu điểm như sinh khối lớn, năng suất cao,
khả năng tái sinh mạnh... Nhưng nó vẫn có một số khiếm khuyết rất dễ nhận
thấy đó là: hầu hết trong số đó có độ bền tự nhiên thấp, tính chất cơ học không
cao và khối lượng thể tích thấp.
Để có thể nâng cao chất lượng nguyên liệu gỗ rừng trồng, ngoài những
biện pháp kỹ thuật lâm sinh như chọn giống, gieo trồng, chăm sóc, tỉa thưa (có
thể đáp ứng được một phần về yêu cầu của nguyên liệu chế biến, nhưng
những biện pháp này không thể áp dụng đại trà và khó kiểm soát) còn có biện
pháp kỹ thuật khác là công nghệ biến tính nguyên liệu. Khi sử dụng biện pháp
biến tính nguyên liệu sẽ có nhiều tính ưu việt như: mức độ đa dạng hóa sản
phẩm nguyên liệu cao; tính chất sản phẩm có thể thay đổi theo yêu cầu; rất dễ
thích ứng với yêu cầu sản xuất công nghiệp...
Khối lượng thể tích của gỗ tỷ lệ thuận với cường độ chịu lực của gỗ và là
đại lượng có khả năng phản ánh tương đối trung thực tính chất cơ học của loại
vật liệu này. Muốn nâng cao tính chất cơ học của gỗ có khối lượng thể tích
thấp chúng ta có thể thực hiện theo 3 cách: giữ nguyên khối lượng nhưng
giảm thể tích; hoặc giữ nguyên thể tích nhưng tăng thêm khối lượng của vật


4

bằng cách điền thêm vào đó một lượng vật chất nhất định; và thực hiện đồng
thời cả hai biện pháp trên. Theo cách đó, phần lớn tính chất cơ học, vật lý của

gỗ có sự thay đổi theo chiều hướng tăng lên đáng kể so với gỗ nguyên liệu ban
đầu, nhưng cũng có một số tính chất thay đổi theo chiều hướng tiêu cực buộc
người làm công nghệ phải nghiên cứu kỹ cơ chế tác động của các yếu tố làm
nên sự thay đổi đó và căn cứ các tiêu chí về yêu cầu của sản phẩm để thực
hiện những biện pháp xử lý thích ứng.
Hiện nay, sản phẩm đồ mộc dân dụng và đồ chơi cho trẻ em làm từ gỗ rất
đa dạng về chủng loại, mẫu mã; và song song với sự gia tăng về số lượng là
đòi hỏi chất lượng của loại hình sản phẩm này ngày càng cao và khắt khe hơn.
Do vậy, chỉ tiêu kỹ thuật trong công nghệ sản xuất cần phải đạt được 2 yêu
cầu: Sản phẩm an toàn cao nhất trong sử dụng (vì chúng là những sản phẩm
luôn tiếp xúc với con người) và giảm thiểu tiêu hao năng lượng, hạn chế gây ô
nhiễm môi trường.
Về sản phẩm, tuỳ theo loại hình sản phẩm nhất định mà quyết định lựa
chọn và xử lý nguyên liệu hợp lý để tạo cho sản phẩm có giá thành thấp và đạt
được yêu cầu về an toàn trong sử dụng đó là: Cường độ cơ học - đảm bảo đủ
lớn để an toàn trong sử dụng; Gỗ mịn - dễ làm sạch bề mặt, không trầy xước,
an toàn trong khi sử dụng; Độ dãn nở thấp - không gây khó khăn trong quá
trình sử dụng khi điều kiện môi trường thay đổi; Gỗ sáng màu - dễ xử lý, thay
đổi màu sắc.
Về kỹ thuật, ngoài việc lựa chọn công nghệ sản xuất sao cho có thể hạn
chế được tối đa chất thải gây ô nhiễm môi trường - trực tiếp hoặc gián tiếp đến
môi trường sống của con người; sử dụng năng lượng “sạch” không có hoặc có
rất ít khí thải và năng lượng sử dụng ở mức tiết kiệm nhất - còn có vấn đề
khác cũng không kém quan trọng đó là việc lựa chọn đặc tính của gỗ nguyên
liệu. Cho dù gỗ nguyên liệu đó có khối lượng thể tích thấp hay cao hoặc đó là


5

gỗ chính phẩm hay gỗ thứ phẩm nhưng khi ta biết cách xử lý làm tốt hơn

những đặc điểm ưu việt và hạn chế nhược điểm của chúng thì đều có được
những vật liệu quý cho sản xuất; đồng thời góp phần sử dụng hiệu quả vốn
rừng, phát triển rừng theo hướng bền vững của xã hội ta ngày nay.
Xét về công nghệ biến tính nâng cao khối lượng thể tích nguyên liệu gỗ
bằng biện pháp sử dụng các thiết bị, máy móc còn chưa triệt để và đáp ứng
yêu cầu sử dụng
Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi chọn và thực hiện đề tài: “Tính
toán, thiết kế hệ thống truyền động và kết cấu của máy ép chỉnh hình gỗ”
1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
Trong công nghệ chế biến gỗ, khi nâng cao tính chất cơ học và khả năng
chống chịu với môi trường sử dụng là mục đích của công nghệ biến tính gỗ.
Do vậy, trong luận văn này công nghệ nâng cao tính chất cơ lý gỗ được hiểu
là công nghệ biến tính gỗ.
Có hai trường phái biến tính gỗ chủ yếu là:
a) Công nghệ biến tính gỗ - làm thay đổi chủ yếu về chất của gỗ mà quá
trình xử lý gỗ hoàn toàn bằng hoá chất hoặc sinh hoá hoặc năng lượng cực
mạnh như năng lượng hạt nhân, sóng điện từ... để làm tác nhân thay đổi đáng
kể cấu trúc tế bào, thành phần các chất trong gỗ (khi lượng của gỗ không thay
đổi hoặc thay đổi không đáng kể nhưng lại có sự thay đổi lớn về chất).
Theo quan điểm này, một số nhà khoa học ở nhiều nước khối EU cho
rằng khi đạt được mục tiêu là nâng cao độ bền tự nhiên của gỗ (chống nấm
mốc, côn trùng phá hoại) mà chỉ cần một lượng không nhiều hóa chất được
tẩm vào gỗ để bảo quản gỗ cũng được coi là công nghệ biến tính gỗ.


6

b) Công nghệ biến tính gỗ - làm thay đổi về lượng của gỗ mà thường là
thay đổi mật độ vật chất của gỗ trong một đơn vị thể tích mà không thay đổi
hoặc thay đổi không đáng kể cấu trúc cơ bản của gỗ.

Với quan điểm khối lượng thể tích của gỗ là một đại lượng đặc trưng cơ
bản cho các đặc điểm, tính chất của gỗ. Từ đại lượng này mà ta có thể ước
đoán được khả năng chịu lực của vật liệu gỗ nguyên liệu cũng như gỗ biến
tính. Cũng chính theo nguyên tắc đó, về nguyên lý cũng như thực tế công
nghệ biến tính gỗ đang đi theo hai hướng chính là:
- Giữ nguyên khối lượng gỗ mà giảm thể tích; đó là nguyên lý của biến
tính nhiệt cơ và sản phẩm của nó là gỗ nén;
- Tăng khối lượng gỗ bằng cách bổ sung vào gỗ một lượng vật chất nhất
định trong khi giữ nguyên hoặc giảm thể tích; đó là nguyên lý của biến tính
hoá/hoá cơ và sản phẩm đặc trưng cho nó là sản phẩm gỗ tẩm, gỗ cường hoá,
polime hoá gỗ...
1.2.1. Một số loại hình sản phẩm gỗ biến tính
1.2.1.1. Gỗ nén
Gỗ nén được sản xuất theo phương pháp sử dụng đặc tính rỗng xốp
của gỗ để dồn nén gỗ làm cho có mật độ lớn hơn trong một đơn vị thể tích, tức
là làm tăng khối lượng thể tích của gỗ từ đó sẽ tăng được độ cứng, độ bền cơ
học của vật liệu này. Gỗ nén là sản phẩm còn có tên gọi: Lignstone và chủ yếu
được sử dụng làm thoi dệt, ống sợi, tay nắm công cụ, chế tạo chi tiết có khả
năng chịu mài mòn, tự bôi trơn trong các chi tiết máy của ô tô, máy nông
nghiệp. Nhược điểm của gỗ nén là trong điều kiện ẩm ướt thì kích thước của
nó không ổn định và có khả năng đàn hồi trở lại.
1.2.1.2. Gỗ tẩm keo
Để khắc phục nhược điểm của gỗ nén, các nhà khoa học đã nghiên cứu
và đưa vào trong gỗ một số chất hoá học nhằm ổn định hình dạng và kích


7

thước sản phẩm đồng thời cũng tăng cường độ chịu lực; một trong những loại
hình sản phẩm đơn giản nhất khi sử dụng hoá chất là gỗ ngâm tẩm (Impreg)

hay còn gọi là gỗ tẩm keo. Loại hình này sản phẩm không thấm nước và có ưu
điểm rất rõ đó là hệ số co giãn kích thước rất nhỏ, tuy nhiên để đạt được điều
đó phải sử dụng lượng hóa chất không nhỏ trong quá trình sản xuất.
1.2.1.3. Ván ép lớp
Có một loại hình sản phẩm từ gỗ mà tính dị hướng không đáng kể và tác
dụng của độ ẩm không lớn tới tính chất của gỗ biến tính, đó là ván ép lớp
(Compreg). Người ta đã sử dụng những phương pháp xếp ván mỏng đã được
tráng keo và ép. Ván ép lớp là sản phẩm có nhiều ưu điểm như: kích thước rất
ổn định, giữ được vân thớ tự nhiên của gỗ, khả năng trang sức và cắt gọt tốt và
có thể dán lên bề mặt gỗ một cách dễ dàng; Khả năng chịu được nhiệt độ cao,
chống sâu nấm và côn trùng hại gỗ tốt nhưng giá thành của gỗ tương đối cao
do phải chi phí quá lớn cho hóa chất và thiết bị kèm theo.
1.2.1.4. Gỗ cường hoá
Ở nước Đức đã công bố tài liệu nói về gỗ cường hoá (Dentified) vào năm
1930. Đó là một loại hình gỗ biến tính bằng cách đưa một số kim loại vào
trong tế bào gỗ để tăng khối lượng thể tích của gỗ đồng thời cũng tăng được
khả năng chịu mài mòn của vật liệu. Cũng chính vì lý do trong gỗ có tẩm kim
loại và công nghệ phức tạp mà mức độ và phạm vi sử dụng của gỗ cường hoá
cũng không rộng, chỉ được sử dụng vào những trường hợp đặc biệt đối với chi
tiết máy chứ không sử dụng được trong sản xuất đồ mộc dân dụng.
1.2.1.5. Polyme hoá gỗ
Khi ta sử dụng các hydratcarbon không no hoặc các chất đa tụ phân tử
lượng thấp, sau khi đã đa tụ sơ bộ ta dùng phương pháp chiếu xạ hoặc gia


8

nhiệt xúc tác để cung cấp năng lượng cho chúng đa tụ tiếp trong gỗ ta sẽ được
sản phẩm gọi là Gỗ-Polime, còn được gọi là sản phẩm polime hoá gỗ (WPC).
Vintorg là một loại sản phẩm WPC được chế tạo từ những loài gỗ khó tẩm

hoá chất. Thông qua việc áp dụng công nghệ xử lý vi sóng tạo nên những
“kênh” dẫn hoá chất tẩm vào trong gỗ; Phôi gỗ đó sau khi được tẩm hoá chất
qua các “kênh” dẫn được ép nhiệt để đạt tới kích thước mong muốn và cũng
chính trong quá trình đó dung dịch tẩm - đã được chứa vào các kênh dẫn nhờ
quá trình xử lý vi sóng - đóng rắn lại.
1.2.2. Công nghệ biến tính gỗ trên thế giới
1.2.2.1. Công nghệ biến tính gỗ nhiệt - cơ
Sản phẩm của công nghệ này là gỗ nén và sử dụng phương pháp biến tính
nhiệt - cơ tức là dùng tác nhân làm mềm gỗ là nhiệt và ẩm sau đó dùng máy
ép để nén chặt gỗ lại. Biện pháp công nghệ này gây ít tác hại đến môi trường
nhất. Tuy nhiên sản phẩm của nó có những tồn tại cần phải khắc phục đó là sự
hút ẩm và đàn hồi trở lại của gỗ biến tính trong quá trình sử dụng. Khi tăng
mức độ nén gỗ, độ bền của gỗ sẽ tăng lên mà không phụ thuộc vào phương
pháp nén.
Rất nhiều nhà khoa học Liên Xô (cũ) ở nhiều trường đại học, Viện
nghiên cứu trong đó điển hình có nghiên cứu của P.N. Khukhranski và nhiều
công trình nghiên cứu gỗ nén từ các loại gỗ lá kim vào những năm 1930 -1990
đều khẳng định rằng: Trước khi nén ép gỗ, chúng phải được làm mềm trong
môi trường hơi nước bão hoà hoặc gỗ được luộc trước hoặc gỗ được xử lý
trong môi trường độ ẩm cao; sau công đoạn nén ép gỗ buộc phải qua khâu xử
lý nhiệt để ổn định kích thước gỗ nén. Tuỳ theo mục đích sử dụng của vật liệu
mà người ta có thể ép gỗ theo kiểu ép phẳng hay ép trục; trong ép phẳng cũng
có trường hợp ép hở (ép 1 mặt) hoặc ép kín (ép 2 mặt), trong kiểu ép hở thì ta


9

cũng có thể sử dụng loại hình nén gỗ bằng rulô dùng cho những vật liệu có
dạng tấm, bản. Đối với sản phẩm có tiết diện tròn như trục chịu lực thì ta dùng
kiểu ép trục tròn kín, nếu dùng vào mục đích làm bạc đỡ thì nén trục rỗng.

Và trong thời gian đầu của thế kỷ 21, công nghệ biến tính gỗ bằng
phương pháp nhiệt cơ lại được nghiên cứu kỹ lưỡng hơn và ứng dụng nhiều
hơn trong công nghiệp cũng như đồ mộc dân dụng. Trong cuộc hội thảo về
biến tính gỗ của Hội khu vực châu Âu đã có những nghiên cứu ứng dụng công
việc biến tính gỗ bằng phương pháp biến tính nhiệt để nâng cao tính chất cơ
học và khả năng chống chịu môi trường của gỗ.
1.2.2.2. Công nghệ biến tính gỗ tẩm keo
Khi ngâm gỗ bằng các dung dịch keo có phân tử lượng thấp, có tính tan
trong nước thì keo đó sẽ khuếch tán vào vách tế bào gỗ làm cho gỗ trương nở,
công đoạn tiếp theo là sấy để loại bỏ nước và sau đó gia nhiệt cho keo đóng
rắn tạo thành hoá chất đa tụ không tan trong nước, gỗ ngâm tẩm (Impreg)
được hình thành.
Đối với công nghệ này, thiết bị ngâm tẩm không nhiều phức tạp, nhưng
điều cốt yếu và rất quan trọng, quyết định chính tới chất lượng sản phẩm đó là
hóa chất tẩm. Ví dụ như: tác giả V. E. Vikhrov gỗ ngâm tẩm sẽ thu được các
kết quả rất tốt khi sử dụng nhựa P-F để ngâm gỗ, sau đó trùng ngưng vật liệu
này sẽ làm tăng khả năng bền vững với acid và độ cứng của gỗ biến tính. Còn
với tác giả G. L Angendorf (1982), dung dịch của U-F có khối lượng phân tử
thấp sẽ được tẩm vào gỗ dưới áp lực nhất định. Sau đó nó được trùng hợp ở
nhiệt độ không nhỏ hơn 106-1100 C trong môi trường dòng điện cao tần để tạo
ra nguyên liệu gỗ tẩm ứng dụng trong công nghệ chế tạo tàu thuyền; Một số
khác lại sử dụng nhựa tổng hợp: Rượu phenol; Monome furenov và hợp chất
của chúng sẽ tạo ra một loạt tính chất cơ lý và một số tính chất khác cao hơn
so với gỗ nguyên liệu.


10

Để có thể sản xuất được loại gỗ cường hoá có cường độ gỗ biến tính cao
hơn hẳn gỗ nguyên, chúng ta cũng phải sử dụng công nghệ ngâm tẩm. Nhưng

chất tẩm đối với trường hợp này phải dùng lại là kim loại nóng chảy; các kim
loại này có nhiệt độ nóng chảy thấp sẽ được lưu lại trong ruột tế bào gỗ, sau
khi làm lạnh thì kim loại đóng rắn lại và chúng cùng với gỗ tạo thành vật liệu
gỗ cường hoá. Lượng kim loại cho vào trong ruột tế bào phụ thuộc vào kích
thước ruột tế bào, khe hở giữa các tế bào.
Khi biến tính gỗ bằng anhydric acetic chúng ta sẽ có sản phẩm acetyl hoá
gỗ; “Acetylated wood” cũng đã được sử dụng phổ biến ở một số nước: Mỹ,
Hà Lan, Đức, Thụy Điển, Nhật Bản; trong đó có một số nghiên cứu của các
nhà nghiên cứu ở trường Đại học tổng hợp Gottingen, Đức (2005), đã nghiên
cứu khả năng ổn định kích thước và khả năng chống nấm mốc của gỗ Thông
và gỗ Bạch dương (Fagus sylvatica) được xử lý bằng anhydrit axetic ở nhiệt
độ 90 - 1300C cho ra gỗ có tính ổn định kích thước cao và khả năng chống
nấm mục trắng và nâu; Cũng bằng phương pháp này, tác giả Eichi Obatay và
Joseph Gril, Viện Công nghệ gỗ của trường Đại học tổng hợp Akita, Nhật Bản
đã tiến hành axetyl hoá gỗ Vân sam và đánh giá tính ổn định kích thước gỗ
bằng phương pháp thử độ trương nở của gỗ axetyl hoá trong các dung môi
hữu cơ khác nhau: nước, benzene và toluene, etylene glycol và alcohols [27].
1.2.2.3. Máy móc thiết bị nén ép biến tính gỗ trên thế giới
- Máy ép thủy lực phụ thuộc vào nguyên tắc của Pascal: áp lực trong
suốt một hệ thống khép kín là không đổi. Một phần của hệ thống là một piston
hoạt động như một máy bơm, với một lực lượng khiêm tốn cơ khí hoạt động
trên một diện tích mặt cắt ngang nhỏ, một phần khác là một piston với một
diện tích lớn hơn tạo ra một lực lượng tương ứng lớn cơ khí. Chỉ có ống
đường kính nhỏ (dễ dàng hơn chống lại áp lực) là cần thiết nếu máy bơm
được tách ra từ xi lanh ép.


11

- Những năm đầu của thế kỷ 20, các xưởng chế tạo máy chế biến gỗ

của Đức đã thành công trong công nghệ chế tạo máy ép gỗ dùng hệ thống
thủy lực với áp suất dầu trong các xi lanh thủy lực để tạo ra một lực nén. Nó
sử dụng tương đương với thủy lực của một đòn bẩy cơ khí

Hình 1.1: Máy ép thủy lực của hãng Buirkle
- Muốn tạo ra những lực lớn hơn áp lực có sẵn cho phép, hoặc sử dụng
nhỏ hơn, có áp suất cao hơn để tiết kiệm kích thước và trọng lượng.

Hình 1.2: Máy ép thủy lực của hãng Vemkener (Đức)


12

Hình 1.3: Máy ép con lăn (rulô) của hãng Frits (Pháp)
- Năm 1942, hãng Frits của Pháp đã trình sản xuất máy ép gỗ bằng con
lăn cuốn (hình 1.3) với khoảng cách các trục điều chỉnh được và hoạt động
trên nguyên lý sử dụng các ru-lô với khe hở nhỏ hơn bề dày của phôi gỗ cần
ép vừa cuốn gỗ vừa tạo áp lực nén làm giảm kích thước bề dày của phôi.

Hình 1.4: Máy ép xích
1: Băng thép; 2: Xích; 3: Xích thủy lực; 4: Bánh xích chủ động;
5: Chổi điện; 6: Trục căng; 7: Trục cố định; 8: Con lăn ép
- Tương tự như máy ép ru-lô, máy ép xích sử dụng thêm hệ thống băng
tải cuốn phôi gỗ qua các con lăn và nhờ áp lực trên các băng xích tải để tạo áp
lực ép phôi tạo thành sản phẩm đạt kích thước yêu cầu.


13

Hình 1.5: Máy ép trục vít E-016 của hãng Murakami

- Các bàn ép của máy ép trục vít E-016 của hãng Murakami hoạt động
di chuyển lên xuống nhờ truyền động của các cơ cấu trục vít - bánh vít đặt
phía khung trên của máy.

Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy ép thủy lực
1: Khung máy; 2: Xylanh; 3: Piston;
4: Tấm ép dưới cùng (di động); 5: Các tấm ép; 6: Ván gỗ


14

- Thiết bị ép thủy lực này (hình 1.6) được dùng nhiều trong nén ép gỗ
nhất là khi ép ván dăm, ván sợi và ván dán
Lực ép ở đây là do xilanh thủy lực số (2), các tấm ép di động (4) và (5).
Lực ép được tính theo công thức:
Trong đó:

P  Pn

 D2 n
4000

;

(1-1)

Pn : là lực tính toán của dầu trong xilanh (kG/cm2)

D: là đường kính của piston (cm) và n là số piston

Hình 1.7: Sơ đồ máy ép khí nén LD1-10 (Nga)
1: Thân máy; 2: Thanh dẫn hướng; 3&4: Ống dẫn khí;
5: Thanh ngang; 6: Khuôn; 7: Dầm gỗ; 8: Nẹp đồng;
9: Điện cực gia nhiệt; 10: Đệm gỗ; 11: Ván cần ép; 12: Dầm gỗ


15

1.2.3. Công nghệ biến tính gỗ tại Việt Nam
1.2.3.1. Công nghệ biến tính gỗ tẩm keo
Tác giả của đề tài trọng điểm cấp Bộ về biến tính gỗ rừng trồng - Trần
Văn Chứ - có một số nghiên cứu đưa ra một số quy trình sản xuất biến tính gỗ
Bồ đề (Styrax tonkinensis) bằng phương pháp ngâm tẩm: hoá chất sử dụng là
nhựa Novolac tỉ trọng 1,175-1,205 g/ml, sử dụng phương pháp tẩm áp lực
chân không sau đó đa tụ nhựa bằng nhiệt thành Rezolit ta sẽ có được sản
phẩm gỗ polyme có những tính năng vượt trội so với gỗ nguyên liệu [4], và
Polyetylen glycol (PEG) với phân tử lượng 1000, ngâm trong thời gian 2 ngày
dưới điều kiện môi trường tự nhiên cũng nhận được sản phẩm gỗ biến tính
bằng phương thức ngâm tẩm gỗ [25].
1.2.3.2. Công nghệ hóa nhiệt cơ
Công nghệ hóa nhiệt cơ là công nghệ sản xuất gỗ biến tính yêu cầu phải
có thiết bị áp lực ở cả hai khâu công việc là tẩm hóa chất và ép nhiệt.
Tác giả Nguyễn Trọng Nhân (1998) [13] đã nghiên cứu công nghệ tẩm
hoá chất dung dịch P-F 33%, và ép nhiệt để tạo ra phôi thoi dệt từ gỗ Vạng
trứng; Độ nhớt theo thước đo nhớt kế của dung dịch tẩm BZ4: 28s; Kích
thước sản phẩm 36 x 5,5 x 7,6 cm3 độ ẩm 12%, chế độ ép khi đó phụ thuộc
vào mức độ tẩm, mức độ nén, áp lực nén. Tỉ trọng của gỗ biến tính đạt tới
0,9g/cm3; một số tác giả khác ở Trường ĐH Công nghiệp rừng Voronhet lại
sử dụng urê làm tác nhân hoá dẻo gỗ còn khâu ép nhiệt thực hiện chức năng
nén chặt gỗ đã được làm mềm và cố định kích thước gỗ biến tính.

Ván ép lớp: Tính chất của gỗ cũng có thể được nâng cao nhờ xử lý hoá
học. Gỗ được tẩm hoá chất sẽ nâng cao khả năng bền vững với môi trường
bên ngoài. Và một trong những phương pháp nâng cao tính chất kỹ thuật của
gỗ đó là xử lý nhiệt có tác động của áp lực, phương pháp này dựa trên khả


16

năng dẻo hoá của gỗ. Khi gỗ được mềm, dẻo hoá, dưới tác động của áp lực thì
gỗ bị biến dạng được nén lại, do có giảm khoảng cách giữa các tế bào, ép, uốn
các vách tế bào, giảm thể tích các tế bào do có sự trượt của vách tế bào lên
nhau. Tuy nhiên, việc sử dụng gỗ nguyên cho sản xuất gỗ ép lớp rất khó khăn,
không chỉ vì keo khó thấm vào gỗ mà sau khi sấy rất khó đảm bảo keo không
đóng rắn sớm.
Khi sử dụng các ván mỏng tẩm keo P-F được xếp theo chiều song song
rồi ép lại với nhau, chúng ta sẽ có được loại sản phẩm ván ép lớp có khả năng
bền vững với môi trường bên ngoài. Công nghệ này không cần thiết phải sử
dụng thiết bị áp lực trong khâu tẩm keo nhưng nó cũng đòi hỏi phải có thiết bị
tráng keo mới có thể đảm bảo độ đồng đều và tiết kiệm lượng keo.
Trong một số loại hình sản phẩm, chi tiết máy ít tiếp xúc với người sử dụng
và có yêu cầu đặc biệt về tính chịu lực, khả năng chống chịu với môi trường
cao, người ta vẫn có thể dùng nhựa phenol formaldehyt (P-F) trong công nghệ
sản xuất gỗ biến tính. Ví dụ: năm 2004, Md. Ifteckhar Sham [22] đã nghiên
cứu sản xuất thử gỗ tẩm nhựa P-F có cường độ cao ở áp suất ép thấp, đã
nghiên cứu ảnh hưởng của việc loại bỏ chất nền bằng natri clorit (NaClO 2)
trước khi tẩm nhựa PF có khối lượng phân tử thấp. Khối lượng thể tích, môđun trượt và cường độ uốn của ván ép lớp (ván mỏng qua 4 lần xử lý bằng
natri clorit rồi tẩm nhựa PF) được ép ở áp suất 1 MPa, đạt các trị số tương ứng
là 1,15 g/cm3, 27 GPa và 280 MPa, trong khi các trị số này với mẫu không
được tẩm nhựa PF tương ứng là 0,8 g/cm3, 16 GPa, và 165 MPa.
1.2.3.3. Máy móc thiết bị nén ép gỗ trong nước

Ở Việt Nam, công nghiệp máy thiết bị phục vụ cho ngành gỗ nói chung
còn khá mới, và đặc biệt đối với công nghệ chế tạo máy móc, thiết bị nén, ép
vật liệu gỗ hầu như chưa phổ biến. Chỉ đơn cử một số loại thiết bị thô sơ sau:


17

Hình 1.8: Thiết bị ép gỗ ghép thủ công – đơn chiếc
- Thiết bị ép gỗ ghép hoạt động bằng cơ cấu trục vít và ép bằng áp lực
thủ công qua tay quay (1), trục vít (2) truyền chuyển động tịnh tiến cho má ép
(3) để nén các thanh gỗ ghép (4) tạo thành tấm gỗ.

Hình 1.9: Thiết bị ép uốn bằng cơ cấu vít


18

- Cũng theo nguyên lý trục vít truyền động, thiết bị ép uốn (hình 1.9) và
máy ép vít nhiệt ẩm (hình 1.10) hoạt động khi bàn ép (3) tịnh tiến lên xuống
và ép lên phôi gỗ cần gia công tạo thành sản phẩm đạt yêu cầu sử dụng.

Hình 1.10: Máy ép vít nhiệt ẩm
1.2.4. Nhận xét chung
Trong những năm đầu của thế kỉ 21, khi nền khoa học công nghệ và kỹ
thuật phát triển vượt bậc, nhân tố sức khoẻ con người và môi trường công
nghiệp được quan tâm thích đáng thì công nghệ biến tính gỗ rất cần phải chú
trọng và phát triển công nghệ theo hướng: Công nghệ “xanh”, nguồn năng
lượng “sạch” và sử dụng nguyên liệu bền vững, sản phẩm thân thiện với con
người và môi trường.
Trong xu thế hội nhập của nước ta hiện nay và tình hình sản xuất cũng

như nhu cầu sử dụng sản phẩm công nghiệp ngày càng tăng, khi mà ngành
công nghiệp hóa chất chưa thực sự phát triển, kỹ thuật xử lý môi trường chưa


19

cao thì việc lựa chọn phương pháp biến tính nhiệt cơ là hợp lý, an toàn và
thực sự cần thiết.
Cho đến nay, ở Việt Nam chưa có một nghiên cứu nào đề cập đến việc
nghiên cứu xử lý nhiệt - ẩm gỗ Cao su bằng vi sóng trong công đoạn làm
mềm để sản xuất gỗ nén, đặc biệt là xử lý tới mức độ nào sẽ hiệu quả cao nhất
trong kỹ thuật cũng như trong công đoạn ổn định kích thước của gỗ nén, tỷ lệ
tương quan giữa các đại lượng bao nhiêu là hợp lý nhất. Và đây cũng là công
trình đầu tiên ở Việt Nam nghiên cứu sử dụng gỗ đường kính nhỏ - chúng có
thể là thứ phế liệu trong quá trình khai thác và gia công chế biến - trong công
nghệ nén ép 2 mặt làm nguyên liệu cho sản xuất đồ mộc dân dụng và đồ chơi
cho trẻ em, góp phần tích cực vào công cuộc sử dụng hiệu quả, tiết kiệm tài
nguyên rừng, bảo vệ sức khỏe con người và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
1.3. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
1.3.1. Mục tiêu tổng quát
- Tâ ̣n du ̣ng phế liêụ trong khai thác và chế biế n gỗ ta ̣o nguồ n nguyên liê ̣u
sản xuấ t các mặt hàng mộc chất lượng.
- Nâng cao tính chất cơ học và vật lý của gỗ có khối lượng thể tích thấp
bằng phương pháp nén ép gỗ.
1.3.2. Mục tiêu cụ thể
- Xác định mối quan hệ giữa biến dạng dư với tỷ suất nén và tốc độ nén
gỗ cao su trong giai đoạn nén ép định hình;
- Xác định mối quan hệ giữa các thông số; thiết lập sơ đồ máy, tính toán,
thiết kế được cơ cấu truyền động và kết cấu của máy ép chỉnh hình gỗ.
- Sử dụng hiệu quả gỗ mọc nhanh rừng trồng, góp phần bảo vệ và tiết

kiệm vốn rừng tạo ra sản phẩm thân thiện với con người, giảm thiểu ô nhiễm
môi trường.


20

1.4. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
- Nguyên liệu gỗ cao su ở tỉnh Đồ ng Nai.
- Thiết kế cơ cấu truyền động và kết cấu của máy ép chỉnh hình gỗ.
1.5. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Tìm hiểu về loại hình nguyên liệu, chủng loại sản phẩm
- Nghiên cứu và lựa chọn phương thức nén chỉnh hình gỗ tròn
- Thiết kế các thông số, sơ đồ truyền động, xây dựng sơ đồ nguyên lý
hoạt động của máy ép chỉnh hình
- Nghiên cứu các thông số thiết kế kết cấu máy
1.6. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
- Nguyên liệu gỗ cao su ở tỉnh Đồ ng Nai.
- Sản phẩm gỗ được nâng cao tính chất cơ lý bằng nén chỉnh hình
- Thiết kế cơ cấu truyền động và kết cấu của máy ép chỉnh hình gỗ.
1.7. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1.7 .1. Phương pháp kế thừa
- Kế thừa kết quả của các công trình nghiên cứu có liên quan cơ bản đến
vật liệu, thiết bị và công nghệ nén ép biến tính gỗ.
- Kế thừa một số kết quả nghiên cứu tính chất cơ bản về gỗ Cao su.
1.7.2. Phương pháp thực nghiệm
- Xử lý số liệu kết quả tính toán theo phương pháp thống kê toán học và
phân tích hồi quy để đưa ra các phương trình tương quan dựa trên phần mềm
tính toán của Excel.
- Số liệu thí nghiệm thử tính chất cơ học của gỗ nguyên liệu và gỗ biến
tính được tính toán tích hợp sẵn trên máy vi tính.

21

1.7.3. Phương pháp tiêu chuẩn
Mẫu gỗ và phương pháp xác định một số tính chất vật lý, cơ học của gỗ
nguyên liệu và gỗ biến tính sử dụng theo các tiêu chuẩn của TCVN, ASTM,
ГOCT, DIN, JIS.
1.8. Ý NGHĨA ĐỀ TÀI
1.8.1. Ý nghĩa khoa học
Kết quả của đề tài là cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu và xử lý làm
mềm gỗ theo phương pháp nhiệt ẩm trong công nghệ uốn, nén gỗ bằng cách
xác định vùng nhiệt độ chuyển trạng thái thủy tinh thể của gỗ ở một số cấp độ
ẩm nhất định có sử dụng năng lượng vi sóng. Xây dựng được cơ sở lý thuyết
trong việc xác định biến dạng của gỗ nén đối với trường hợp nén ép chỉnh
hình với phôi gỗ có tiết diện hình tròn.
1.8.2. Ý nghĩa thực tiễn
Từ kết quả của đề tài về chế độ làm mềm gỗ, ứng suất ép, tổn hao khối
lượng và cường độ gỗ nén có thể làm cơ sở kỹ thuật cho việc tính toán thiết
kế cho một số thiết bị chủ yếu trong dây chuyền công nghệ sản xuất gỗ nén
trong điều kiện của Việt Nam. Với các thông số công nghệ của ép chỉnh hình
phôi gỗ tròn sẽ góp phần tích cực trong công tác sử dụng hiệu quả và tiết kiệm
vốn rừng nói chung và nguyên liệu trong chế biến gỗ nói riêng.
Tuy đề tài chọn nguyên liệu gỗ Cao su để tính toán, song kết quả khảo
nghiệm thiết bị có thể áp dụng cho nhiều loại gỗ rừng trồng có khối lượng thể
tích thấp khác mà không cần thay đổi kết cầu nhiều.


22

Chương 2
CƠ SỞ LÝ LUẬN
2.1. NGUYÊN LIỆU GỖ CAO SU
Cây Cao su có tên khoa học là Hevea brasilensis, là một loại cây công
nghiệp có giá trị, có nguồn gốc từ Nam Mỹ, được đưa vào trồng ở Việt Nam
vào cuối thế kỷ 19 với mục đích khai thác nhựa.
Cây cao su ban đầu chỉ mọc tại khu vực rừng mưa Amazon. Cách đây
gần 10 thế kỷ, thổ dân Mainas sống ở đây đã biết lấy nhựa của cây này dùng
để tẩm vào quần áo chống ẩm ướt, và tạo ra những quả bóng vui chơi trong
dịp hội hè. Họ gọi chất nhựa này là Caouchouk, theo Thổ ngữ Mainas nghĩa là
“Nước mắt của cây” (cao là gỗ. Uchouk là chảy ra hay khóc).
Do nhu cầu tăng lên và sự phát minh ra công nghệ lưu hóa năm 1839 đã
dẫn tới sự bùng nổ trong khu vực này, làm giàu cho các thành phố Manaus
(bang Amazonas) và Belém (bang Paras), thuộc Brasil.
Cố gắng thử nghiệm đầu tiên trong việc trồng cây cao su ra ngoài phạm
vi Brasil diễn ra vào năm 1873. Sau một vài nỗ lực, 12 hạt giống đã nảy mầm
tại Vườn thực vật Hoàng gia Kew. Những cây con này đã được gửi tới Ấn Độ
để gieo trồng, nhưng chúng đã bị chết. Cố gắng thứ hai sau đó đã được thực
hiện, khoảng 70.000 hạt giống đã được gửi tới Kew năm 1875. Khoảng 4%
hạt giống đã nảy mầm, và vào năm 1876 khoảng 2.000 cây giống đã được gửi
trong các thùng Ward tới Ceylon, và 22 đã được gửi tới các vườn thực vật tại
Singapore. Sau khi đã thiết lập sự có mặt ở ngoài nơi bản địa của nó, cây cao
su đã được nhân giống rộng khắp tại các thuộc địa của Anh. Các cây cao su đã
có mặt tại các vườn thực vật ở Buitenzorg, Malaysia năm 1883[1]. Vào năm
1898, một đồn điền trồng cao su đã được thành lập tại Malaya, và ngày nay
phần lớn các khu vực trồng cao su nằm tại Đông Nam Á và một số tại khu


23

vực châu Phi nhiệt đới. Các cố gắng gieo trồng cây cao su tại Nam Mỹ bản
địa của nó thì lại không diễn ra tốt đẹp như vậy.
Nhựa mủ dùng để sản xuất cao su tự nhiên là chủ yếu, bên cạnh việc sản
xuất latex dạng nước.
Cây cao su chỉ được thu hoạch 9 tháng, 3 tháng còn lại không được thu
hoạch vì đây là thời gian cây rụng lá, nếu thu hoạch vào mùa này, cây sẽ chết.
Thông thường cây cao su có chiều cao khoảng 20 mét, rễ ăn rất sâu để
giữ vững thân cây, hấp thu chất bổ dưỡng và chống lại sự khô hạn. Cây có vỏ
nhẵn màu nâu nhạt. Lá thuộc dạng lá kép, mỗi năm rụng lá một lần. Hoa
thuộc loại hoa đơn, hoa đực bao quanh hoa cái nhưng thường thụ phấn chéo,
vì hoa đực chín sớm hơn hoa cái. Quả cao su là quả nang có 3 mảnh vỏ ghép
thành 3 buồng, mỗi nang một hạt hình bầu dục hay hình cầu, đường kính 6cm.
Cây phát triển tốt ở vùng nhiệt đới ẩm, có nhiệt độ trung bình từ 220C
đến 300C (tốt nhất ở 260C đến 280C), cần mưa nhiều (tốt nhất là 2.000 mm)
nhưng không chịu được sự úng nước và gió. Cây cao su có thể chịu được
nắng hạn khoảng 4 đến 5 tháng, tuy nhiên năng suất mủ sẽ giảm.
Cây chỉ sinh trưởng bằng hạt, hạt đem ươm được cây non. Khi trồng cây
được 5 tuổi có thể khai thác mủ, và sẽ kéo dài trong vài ba chục năm.
Việc cạo mủ rất quan trọng và ảnh hưởng tới thời gian và lượng mủ mà
cây có thể cung cấp. Bình thường bắt đầu cạo mủ khi chu vi thân cây khoảng
50 cm. Cạo mủ từ trái sang phải, ngược với mạch mủ cao su. Độ dốc của vết
cạo từ 20 đến 350, vết cạo không sâu quá 1,5 cm và không được chạm vào
tầng sinh gỗ làm vỏ cây không thể tái sinh. Khi cạo lần sau phải bốc thật sạch
mủ đã đông lại ở vết cạo trước. Thời gian thích hợp nhất cho việc cạo mủ từ 7
đến 8 giờ sáng.