Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến chi phí năng lượng riêng và chất lượng gia công tạo ván cốt pha trên máy LW 14

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

------------------

NGUYỄN XUÂN HOÀNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ
ĐẾN CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG VÀ CHẤT LƯỢNG
GIA CÔNG TẠO VÁN CỐT PHA TRÊN MÁY LW-14

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

------------------

NGUYỄN XUÂN HOÀNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ
ĐẾN CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG VÀ CHẤT LƯỢNG

GIA CÔNG TẠO VÁN CỐT PHA TRÊN MÁY LW-14

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy & thiết bị cơ giới hoá nông lâm nghiệp
Mã Số: 60.52.14

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. Hoàng Việt

Hà Nội - 2010


1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong sự nghiệp Công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước lĩnh vực
xây dựng phát triển cơ sở hạ tầng đóng vai trò hết sức quan trọng. Cùng với
các công trình Quốc gia lớn, trước nhu cầu nâng cao chất lượng cuộc sống xã
hội các công trình xây dựng dân dụng vừa và nhỏ không ngừng được gia tăng,
phát triển.
Hiện nay, việc thi công các công trình xây dựng dân dụng vừa và nhỏ ở
Việt Nam chủ yếu là thủ công nên năng suất thấp, lao động nặng nhọc. Đặc
biệt trong thi công dầm, sàn bê tông cốt thép khâu gia công vật liệu làm kết
cấu công trình nói chung, cốt pha nói riêng là khâu rất quan trọng nó quyết
định đến chất lượng, hiệu qủa sản xuất thi công công trình.
Thực tế hiện nay vật liệu làm cốt pha phục vụ thi công các công trình
xây dựng chủ yếu là gỗ. Theo thống kê [12,29] hàng năm nhu cầu gỗ dùng
cho xây dựng là rất lớn tới hàng triệu m3, riêng cần cho ghép sàn cốt pha cũng
tới hàng chục vạn m3. Thiết bị gia công thông dụng nhất tại các công trường

xây dựng là các máy cưa đĩa xẻ dọc và cắt ngang ván gỗ.
Khâu gia công gỗ, vật liệu từ gỗ tạo sản phẩm ván làm cốt pha phục vụ
thi công các công trình xây dựng chiếm một tỷ trọng không nhỏ về giá thành
xây dựng. Chất lượng sản phẩm ván làm cốt pha ảnh hưởng lớn tới tiến độ thi
công cũng như chất lượng công trình. Tuy nhiên quá trình sản xuất ván cốt
pha gỗ ở các cơ sở còn có nhiều bất cập như chất lượng ván gỗ thấp, giá thành
cao làm hạn chế tính cạnh tranh của sản phẩm, gây không ít khó khăn trong
khâu tiêu thụ. Có nhiều nguyên nhân làm cho chi phí sản xuất cao, chất lượng
sản phẩm thấp nhưng trong đó có nguyên nhân chính là chưa có nghiên cứu
sử dụng hiệu quả thiết bị.


2

Trong điều kiện sản xuất cụ thể vấn đề cấp thiết đặt ra là phải nghiên cứu
sử dụng hiệu quả nhất các tính năng kỹ thuật các máy và thiết bị công nghệ,
xác lập chế độ gia công tối ưu, đảm bảo yêu cầu chất lượng sản phẩm, tối
giảm chi phí điện năng, nguyên vật liệu, tạo cơ sở tối ưu hoá khâu sản xuất và
tối ưu hoá toàn bộ quá trình thi công.
Từ những lý do trên chúng tôi chọn và thực hiện đề tài: "Nghiên cứu
ảnh hưởng của một số yếu tố đến chi phí năng lượng riêng và chất lượng
gia công tạo ván cốt pha trên máy LW-14 ".
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là tài liệu cần thiết cho tính toán thiết
kế, cải tiến và sử dụng hiệu quả các thiết bị phục vụ đào tạo cán bộ kỹ thuật
và thực tiễn thi công các công trình xây dựng.


3

Chương 1

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1.Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Gia công gỗ, vật liệu từ gỗ tạo sản phẩm ván làm cốt pha phục vụ thi
công các công trình xây dựng chủ yếu bằng các thiết bị cưa xẻ. Quá trình cưa
xẻ gỗ là quá trình gia công gỗ bằng cơ học. Cùng với sự phát triển của gia
công gỗ bằng cơ học, lý thuyết cắt gọt gỗ đã ra đời và phát triển không ngừng.
Lý thuyết cắt gọt gỗ đi sâu 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 hình dáng, để từ đó tính toán kích thước của các công cụ cắt,
tính toán thiết kế và sử dụng hợp lý các thiết bị và các công cụ gia công gỗ.
Năm 1870, tỷ suất lực cắt lần đầu tiên được giáo sư tiến sĩ I. A. Time
xác định cho các trường hợp cắt đơn giản bằng phương pháp thực nghiệm [9,
31, 34].
Năm 1933, giáo sư tiến sĩ M. A. Đesevôi đã tổng hợp và xây dựng hoàn
chỉnh lý thuyết cắt gọt gỗ. Năm 1939, ông cho ra đời cuốn sách “Kỹ thuật gia
công gỗ”, đó là một công trình lớn bao gồm các vấn đề về lý thuyết và những
kinh nghiệm thực tế trong gia công gỗ mà trên thế giới lúc đó chưa có công
trình nghiên cứu tương tự nào ra đời [9].
Tỷ suất lực cắt và theo đó tính toán lực cắt, công suất cắt, công suất đẩy
khi cưa ngang và xẻ dọc gỗ đã được giáo sư tiến sĩ A. L. Bersatski xác định
bằng công thức thực nghiệm và tìm ra đồ thị phụ thuộc giữa bề rộng mạch cưa
và lượng ăn gỗ của một răng cưa năm 1956 [14, 29, 30].
Nghiên cứu về máy và thiết bị chế biến gỗ các nhà khoa học Makovski
N.V., Aliabiev V.I…[16, 18, 3,34] đã chỉ rõ chi phí năng lượng riêng là chỉ tiêu
quan trọng đánh giá chất lượng máy và thiết bị. Chi phí năng lượng riêng biểu


4

thị sự hoàn thiện kỹ thuật hay mức độ năng lượng yêu cầu trong việc sử dụng,
khai thác sản phẩm.
Nghiên cứu quá trình cắt gỗ theo hướng kết hợp lý thuyết và thực
nghiệm đã được các nhà khoa học Mỹ tiến hành như C. Fraz [27], với những
kết luận quan trọng về sự tạo phoi, các yếu tố ảnh hưởng tới lực cắt.
Vào thập kỷ 70 của thế kỷ XX, lý thuyết cắt gọt gỗ ngày càng được
hoàn chỉnh hơn với những công trình nghiên cứu mới về cắt gọt của các giáo
sư A. L. Bersatski, C. A. Vơtcrexensiki, E. G. Ivanopski đã ra đời. Lực phát
sinh trong quá trình gia công gỗ bằng cơ học được nghiên cứu đầy đủ hơn và
chính xác hơn. Tỷ suất lực cắt, công suất cắt khi cưa gỗ được xác định thông
qua công thức lý thuyết [9, 23, 28,30, 33].
GS. TS. B.M.Buglai đã nghiên cứu độ nhẵn phần lớn các dạng gia
công gỗ. Theo khả năng của máy, dao cắt và theo yêu cầu của các khâu
công nghệ. Ông đã phân thành 10 cấp độ nhẵn bề mặt gia công, độ nhẵn
cao nhất có thể đạt là 16 m và thấp nhất là 1600 m [9,13, 31].
Nguyên lý cấu tạo, tính năng công nghệ của các máy gia công gỗ nói
chung, các máy cưa đĩa nói riêng đã được các giáo sư nổi tiếng F.M. Manjốt,
N. V. Makovski nghiên cứu sâu rộng [30, 33, 34] .
Nghiên cứu về khả năng làm việc của các loại lưỡi cưa đĩa trên thế
giới do các nhà khoa học thực hiện như N. M. Stakhiev [37] đã tạo lập cơ sở
khoa học nâng cao chất lượng gia công và độ bền công cụ cắt.
Công nghệ và thiết bị sản xuất gỗ xẻ phục vụ sản xuất đồ gỗ và xây dựng đã
được các nước phát triển trên thế giới như Nga, Thuỵ Điển, Phần Lan…nghiên cứu
sâu rộng với các dây chuyền sản xuất hiện đại [24] , nhiều dây chuyển được tự động
hoá đồng bộ (hình 1.1).
Vấn đề mô hình hoá và tối ưu hoá quá trình công nghệ gia công gỗ cùng với
những phương pháp luận hiện đại, nghiên cứu cắt gọt gỗ đã được các nhà khoa học,


5

Hình 1.1. Dây chuyền tự động xẻ gỗ(Thuỵ Điển):
1- thiết bị bóc vỏ; 2- máy dò kim loại; 3- thiết bị phân loại gỗ tròn; 4- thiết bị xác
định kích thước gỗ; 5- trung tâm tính toán bản đồ xẻ; 6- trung tâm lập trình điều
khiển các máy gia công; 7- băng chuyền; 8- thiết bị định chuẩn; 9- thiết bị hiệu
chỉnh; 10- các máy gia công xẻ; 11- kho sản phẩm

giáo sư A. A. Pizurin, M. S. Rozenblit tập trung nghiên cứu với nhiều công trình nổi
tiếng về tối ưu hoá các quá trình sản xuất [31, 36].
Những nghiên cứu tạo lập các công thức thực nghiệm phục vụ cho tính toán
thiết kế máy gia công gỗ do A. E. Grube và V. N. Sanev đề xuất đã được áp dụng
rất phổ biến hiện nay [23,31].
Chế độ gia công là một trong những vấn đề có tầm quan trọng, đặc biệt
là trong nghiên cứu sử dụng thiết bị công nghệ. Chế độ gia công hợp lý góp
phần quyết định đến chất lượng và năng suất gia công. Do vậy vấn đề này
luôn được sự quan tâm nghiên cứu của các nhà công nghệ, nhà sản xuất, điển
hình về lĩnh vực này có các công trình nghiên cứu A.L. Bersatski,
A.A.Pizurin, M.S.Rozenblit ....[30, 31, 35, 36, 38, 39].
1.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nước
Vật liệu gỗ xây dựng và tính toán thiết kế kết cấu gỗ đã được các tác
giả Phạm Bá Lộc, Huỳnh Minh Sơn nghiên cứu, giới thiệu trong giáo trình “
Kết cấu gỗ” [12]; tuy nhiên vấn đề gia công các chi tiết trên các máy chưa
được đề cập.


6

Vật liệu gỗ xây dựng nói chung, ván cốt pha nói riêng hàng năm ở nước
ta được sử dụng với khối lượng lớn, tuy nhiên sản xuất rất nhỏ lẻ. Qui trình xẻ
tạo các ván gỗ chủ yếu theo các công đoạn trên cơ sở các máy đa năng đẩy gỗ

bằng thủ công (hình 1.2).

Gỗ tròn

Phân loại

Cắt khúc

Xẻ phá

Hình 1.2. Sơ đồ quy trình xẻ ván ghép cốt pha

Xe
ván ghép

Cắt ngắn
ván ghép

Những nghiên cứu về sự tác động tương hỗ giữa công cụ (dao cắt) và đối
tượng gia công gồm một số công trình nghiên cứu của các tác giả: PGS.TS.
Hoàng Nguyên và TS. Nguyễn Văn Minh, như “Gia công cắt gọt gỗ Việt
Nam”, Nguyễn Văn Minh 1956, “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố
đến lực và độ tù của răng khi xẻ gỗ Việt Nam bằng cưa sọc” [9]. Các tác giả
đã xác định tỷ suất lực cắt của một số loại gỗ Việt Nam, như: Sến, Lim, Táu
sau, khi cắt ngang và gỗ Sến khi xẻ dọc.
Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến chi phí năng
lượng riêng và tỷ suất dăm khi băm gỗ Keo tai tượng bằng máy BX – 444”,
năm 2001 của thạc sĩ Phạm Văn Lý [7] đã chỉ ra rằng góc mài , tốc độ cắt v
ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng và tỷ suất dăm tuân theo quy luật
hàm bậc 2.

Đề tài “Nghiên cứu xác định công suất máy băm dăm MB – 930 B sử
dụng để băm gỗ làm nguyên liệu giấy”, năm 2004 của thạc sĩ Nguyễn Mạnh
Hoạt [3] kết luận sự ảnh hưởng của góc mài dao tới chi phí công suất tuân
theo quy luật hàm bậc 2.


7

Đề tài “Nghiên cứu sử dụng cưa xăng để chặt hạ một số loài tre thuộc
chi Dendrocalamus ở miền Bắc Việt Nam ”, năm 2005 của tiến sĩ Dương Văn
Tài [11] kết luận sự ảnh hưởng của góc mài cạnh cắt  đến tỷ suất lực cắt tuân
theo quy luật hàm bậc 2.
Đề tài ‘‘Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến tỷ suất lực và
chất lượng sản phẩm khi xẻ thanh cơ sở từ gỗ Keo tai tượng (Acacia
mangium) trên máy cưa đĩa Ц-6’’ của thạc sĩ Phạm Văn Quảng [11] kết luận
tốc độ cắt v có mức ảnh hưởng lớn nhất đến hai chỉ tiêu tỷ suất lực và chất
lượng sản phẩm.
Liên quan tới các tính chất của đối tượng gia công - gỗ Keo rừng trồng
Vệt Nam cũng đã được đề cập nhiều trong các công trình của các tác giả như
Bùi Đình Toàn (2002), Phó Đức Sơn (2004), Đặng Trần Minh (2006).
Về phân nhóm gỗ, qui định sử dụng gỗ đã có những nghiên cứu theo tiêu
chuẩn Nhà nước: TCVN 1072-71 và 1077-71 (về phân nhóm gỗ, qui cách,
phẩm chất gỗ); TCXD 44-70 (Qui phạm thiết kế kết cấu gỗ). Trong đó chủ
yếu đưa ra những qui cách gỗ xây dựng.
Một số vấn đề về miêu tả toán học các quá trình gia công gỗ, phân tích
đặc tính lực trong xẻ gỗ bằng cưa vòng, đã được TS. Hoàng Việt đề cập trong
các chuyên đề nghiên cứu khoa học [23, 24, 26].
Về các thiết bị gia công chế biến gỗ nói chung, các máy cưa đĩa sử
dụng trong pha phôi ván nhân tạo đã được TS. Hoàng Việt giới thiệu trong tài
liệu “ Máy và thiết bị chế biến gỗ” [16, 23].

Vấn đề miêu tả toán học các quá trình gia công gỗ bằng cơ giới cũng đã
được T.S. Hoàng Việt đề cập trong các chuyên đề nghiên cứu, các bài giảng
dành cho học viên cao học [17, 20, 21].


8

Nhận xét:
Thiết bị công nghệ và các quá trình gia công gỗ bằng cơ giới nói chung,
cưa đĩa nói riêng đã được nghiên cứu tương đối hoàn chỉnh. Đó là những cơ
sở và luận chứng khoa học nền tảng cho các nghiên cứu phát triển và ứng
dụng. Tuy nhiên với một số loại gỗ rừng trồng ở Việt Nam và đặc biệt trong
sản xuất kết cấu gỗ nói chung, ván cốt pha từ gỗ Keo lá tràm chưa có tác giả
nào đi sâu vào nghiên cứu. Nghiên cứu lý thuyết cắt gọt gỗ chưa nhiều, muốn
thiết kế, cải tiến và sử dụng hợp lý công cụ cắt gọt gỗ cũng như chất lượng
sản phẩm sau khi gia công với các loại gỗ cụ thể cần phải có những nghiên
cứu cơ bản và hệ thống hơn. Nhất là trong giai đoạn hiện nay nhu cầu vật liệu
gỗ cho các công trình xây dựng cơ sơ hạ tầng của đất nước đang trở nên vô
cùng cấp thiết.
Khâu công việc mà đề tài tập trung nghiên cứu là khâu xẻ ván ghép trong
qui trình (hình 1.2). Đây là một công đoạn rất quan trọng quyết định tới năng
suất, chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất. Hiện nay trong sản xuất vật
liệu ván ghép cốt pha có nhiều dây chuyền đồng bộ được cơ giới và chuyên
môn hoá cao. Ván gỗ nguyên liệu cũng có thể được sản xuất từ nhiều cơ sở
khác. Vì vậy việc nghiên cứu các thông số kỹ thuật của máy cũng như chế độ
gia công hợp lý đảm bảo yêu cầu chất lượng ván ghép cơ sở, tối giảm các chi
phí năng lượng trong sản xuất là rất cần thiết.
Máy cưa đĩa Universal Circular Saw, model LW-14 được chế tạo tại
Trung Quốc. Với cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng nên rất phổ biến trên các công
trình xây dựng dân dụng. Tuy nhiên qua khảo sát chung và thực tế sử dụng

chúng tôi thấy chất lượng các chi tiết gia công từ máy này không ổn định và
tiêu hao điện năng lớn dẫn đến chi phí sản xuất cao.
Vì vậy, cần phải có những công trình nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng
đến chi phí năng lượng riêng và chất lượng sản phẩm khi gia công vật liệu


9

gỗ rừng trồng để hoàn thiện hơn cơ sở lý thuyết về gia công gỗ Việt Nam, cần
tạo lập cơ sở tính toán thiết kế, cải tiến thiết bị, lựa chọn chế độ gia công tối
ưu, góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế thích ứng với các điều kiện sản xuất
cụ thể.
Từ những phân tích trên một lần nữa cho thấy vấn đề mà luận văn cần
giải quyết là thời sự và cấp thiết.
1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
+ Ý nghĩa lý luận: Xác định được định lượng ảnh hưởng một số yếu tố
chế độ gia công đến chi phí điện năng riêng và chất lượng sản phẩm khi xẻ
dọc ván gỗ trên máy cưa đĩa là cơ sở cho tính toán thiết kế, cải tiến, lựa chọn
và sử dụng máy hợp lý.
+ Ý nghĩa thực tế: Định hướng cho các cơ sở sản xuất, tổ chức và chỉ
đạo khâu gia công tạo ván cốt pha từ gỗ Keo lá tràm nói riêng và từ các loại
gỗ có đặc điểm cấu tạo và tính chất cơ, lý giống như gỗ Keo lá tràm nói
chung trên máy cưa đĩa đảm bảo nâng cao hiệu quả kinh tế trên cơ sở tối giảm
được chi phí năng lượng và đáp ứng yêu cầu chất lượng sản phẩm.


10

Chương 2
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI

VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu nghiên cứu
- Mục tiêu tổng quát của đề tài luận văn là:
Xác lập được chế độ gia công hợp lý cho quá trình gia công gỗ tạo ván
cốt pha trên các máy cưa đĩa xẻ dọc đảm bảo yêu cầu về chất lượng sản phẩm
và tối giảm chi phí năng lượng trong gia công. Làm luận cứ cho việc giải bài
toán tối ưu hoá khâu sản xuất trong thi công các công trình xây dựng, hướng
tới nâng cao hiệu quả lao động.
- Mục tiêu cụ thể:
+ Xây dựng được mối quan hệ giữa thông số chế độ gia công (vận tốc
cắt, vận tốc đẩy phôi, góc mài β) đến chất lượng mạch xẻ đối với gỗ Keo lá
tràm trên máy cưa đĩa xẻ dọc Model LW-14 ;
+ Xây dựng được mối quan hệ giữa thông số chế độ gia công đến chi phí
năng lượng riêng khi xẻ dọc gỗ Keo lá tràm
+ Xác định chế độ gia công hợp lý khi xẻ nguyên liệu gỗ Keo lá tràm để
sản xuất ván cốt pha có chất lượng theo đơn đặt hàng và tối giảm chi phí năng
lượng.
2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
2.2.1. Gỗ Keo lá tràm - đối tượng gia công
Gỗ để xẻ ván cốt pha là ván xẻ gỗ Keo lá tràm (sản phẩm sau khâu xẻ gỗ
tròn ), gỗ có độ tuổi 8-12 năm.
Gỗ Keo lá tràm thuộc chi Keo (Acacia Miller), thuộc họ Trinh nữ
(Mimosoceae R.Br.); chúng được phân bố rộng khắp ở vùng nhiệt đới và á
nhiệt đới với hơn 1300 loài. Hầu hết các loài được phát hiện ở bán cầu Nam
và trung tâm chính về sự đa dạng nằm ở Australia và Thái Bình Dương.


11

Thuộc vùng Melasian xuất hiện 29 loài bản địa. Hầu hết các loài cho gỗ thấy

được ở New Guinea.
Ở Việt Nam, Keo lá tràm là một trong những cây tiên phong trong
chương trình trồng mới 5 triệu hecta rừng. Keo lá tràm cũng được trồng làm
băng cản lửa và chắn gió, che bóng, bảo vệ đất, làm cảnh .
Gỗ Keo được dùng để sản xuất đồ mộc, xây dựng công trình bán kiên
cố và tạm thời, làm khung cửa chính và cửa sổ, phào, ván sàn, cột, cọc, pano,
trụ mỏ, tàu thuyền, xe bò, bánh lái, con tiện, nông cụ, bao diêm, ván dăm, ván
sợi, ván mỏng và ván dán, bột giấy và giấy. Hiện nay gỗ Keo lá tràm được
dùng nhiều trong ván ghép cốt pha do gỗ cứng và có khả năng đàn hồi tốt, rất
phù hợp với môi trường ẩm. Bột gỗ thích hợp cho sản xuất ván tàu thuyền, túi
đựng, giấy gói và bao tải nhiều lớp. Gỗ làm củi và cho than tốt do nó có nhiệt
lượng cao. Mùn cưa dùng làm nấm khá tốt [5, 8, 14].
Với vai trò là đối tượng gia công mà luận văn nghiên cứu, các tính chất
cơ - lý của gỗ Keo tai tượng được quan tâm đặc biệt. Tính vật lý, chất cơ học
của chúng đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu với nhiều vùng sinh thái
khác nhau. Dưới đây (bảng 2.1) là một số tính chất vật lý, cơ học chủ yếu của
gỗ Keo lá tràm được trồng tại Hà Tây cũ [5,8]:


12

Bảng 2.1. Tính chất vật lý, cơ lý chủ yếu của gỗ Keo lá tràm
Tính chất cơ lý

TT

Đơn vị đo

Trị số

1

Khối lượng thể tích cơ bản

g/cm3

0,542

2

Khối lượng thể tích khô kiệt

g/cm3

0,502

3

Tỷ lệ giãn nở thể tích, Yv

%

10,33

4

Độ hút nước

%

90,06

5

Độ hút ẩm

%

25,62

6

Độ bền kéo dọc thớ

MPa

91,36

7

Độ bền ép dọc

MPa

46,19

8

Độ bền uốn tĩnh

MPa

91,77

9

Độ bền ép ngang XT

MPa

7,14

10

Độ bền ép ngang TT

MPa

7,06

11

Mô đun đàn hồi uốn tĩnh

MPa

10198,5

12

Độ bền trượt dọc mặt cắt XT

MPa

9,548

13

Độ bền trượt dọc mặt cắt TT

MPa

10,18

14

Độ cứng tĩnh mặt cắt ngang

MPa

61,52

15

Độ cứng tĩnh mặt cắt XT

MPa

52,37

16

Độ cứng tĩnh mặt cắt TT

MPa

53,92

17

Lực tách

MPa

1,1

Như vậy Keo lá tràm là một trong số ít loài gỗ có trữ lượng lớn hiện
nay, mặt khác gỗ Keo lá tràm có công dụng rộng, cùng với việc gây trồng
không yêu cầu khắt khe về điều kiện tự nhiên. Điều này cho thấy việc lựa
chọn loại gỗ này làm đối tượng nghiên cứu là hoàn toàn phù hợp. Tổng hợp
những tính chất vật lý, cơ học của gỗ Keo lá tràm sẽ làm cơ sở giúp cho việc
dự đoán và lý giải các hiện tượng quan sát được trong nghiên cứu thực
nghiệm.


13

2.2.2.Thiết bị và điều kiện thực nghiệm
Thiết bị nghiên cứu trong gia công là máy cưa đĩa LW-14, thực nghiệm
tiến hành tại Trung tâm nghiên cứu thực nghiệm và chuyển giao công nghệ

Công nghiệp rừng (TTCNR), trường Đại học lâm nghiệp.
a. Đặc điểm cấu tạo của máy cưa đĩa LW-14
Máy cưa đĩa LW-14 có các thông số kỹ thuật cơ bản được ghi trong phụ
biểu 1 phần phụ lục. Sơ đồ cấu tạo của máy được thể hiện trên hình 2.1, với
những bộ phận chính như sau:

Hình 2.1. Sơ đồ cấu tạo cưa đĩa LW-14 :
Hình 2.2. Sơ đồ cấu tạo cưa đĩa Ц-6:

1- bàn cưa; 2- rãnh trượt; 3- cơ cấu nâng hạ bàn cưa; 4, 8, 11- các vít điều chỉnh;
2.2. Sơ
đồ cấu
tạo9cưa
đĩacưa;
Ц-6:
5- thanh đỡ; 6- động cơ;Hình
7- máng
thoát
phoi;
lưỡi

10- dao tách mạch;

12- thước dẫn hướng; 13- bảo hiểm; 14-. bao che; 15- trục thước tựa.
- Bộ phận động lực
Bộ phận động lực của cưa đĩa gồm có một động cơ không đồng bộ ba
pha 6 có công suất P = 7,5 KW. Chuyển động quay của động cơ được truyền
đến trục của đĩa cưa nhờ hệ thống truyền động đai. Tuỳ theo yêu cầu về tốc
độ cắt mà chúng ta có các cặp puli-dây đai tương ứng hoặc thay đổi đường
kính đĩa cưa để tạo ra các tốc độ cắt khác nhau.

14

- Bộ phận công tác (bộ phận cắt gỗ)
Bộ phận công tác của cưa đĩa gồm có trục và đĩa cưa. Trục cưa được
làm bằng thép tốt, lắp trên thân máy bằng 2 ổ bi. Một đầu của trục được lắp
với puli bị động, đầu còn lại được lắp với đĩa cưa.
Đĩa cưa là một bản thép mỏng tròn ở mép ngoài được dập sẵn các răng
cưa để tạo thành tổ hợp các cạnh cắt, ở tâm của đĩa có khoan lỗ để lắp vào
trục một cách dễ dàng. Khi đường kính lưỡi cưa thay đổi sẽ kéo theo sự thay
đổi khoảng tiếp xúc giữa gỗ và cưa, do đó kích thước phoi, góc gặp thớ và
chất lượng mạch xẻ thay đổi, đường kính đĩa cưa tăng kéo theo công suất cắt
tăng, chiều dày phoi tăng vì chiều dày bản cưa tăng để đảm bảo độ cứng vững
của đĩa cưa.
Đĩa ốp có tác dụng làm tăng thêm độ cứng vững cho đĩa cưa, đĩa ốp
được làm bằng thép.
Răng cưa, với các loại cưa đĩa răng thường có các dạng như: răng cưa
lưng thẳng, răng cưa lưng gãy, răng cưa lưng cong.
- Hệ thống dẫn động điện
Hệ thống dẫn động điện của máy cưa đĩa gồm các bộ phận chính như:
aptomat tổng, cầu chì, khởi động từ, động cơ điện, các công tắc.
- Bàn máy và thân máy
Bàn máy cưa đĩa được làm bằng gang, bàn máy có kích thước cơ bản là
LxB=1200x800 (mm).
Thân máy được làm bằng gang định hình, trên thân máy có bố trí các vị
trí để lắp đặt các cơ cấu của máy. Thân máy có thể điều chỉnh nâng hạ được
cho phù hợp với chiều cao mạch xẻ nhờ cơ cấu điều chỉnh 3.
b- Nguyên lý làm việc trên máy cưa đĩa xẻ dọc LW-14
Để tiến hành xẻ gỗ, trước hết ta phải tiến hành kiểm tra máy và căn

chỉnh khoảng cách giữa lưỡi cưa và thanh tựa sao cho phù hợp với quy cách
sản phẩm. Sau khi đã kiểm tra xong ta tiến hành khởi động động cơ điện.


15

Thông qua hệ thống truyền động puli-dây đai, chuyển động quay của động cơ
được truyền đến trục của đĩa cưa. Khi đĩa cưa đã quay với số vòng quay ổn
định thì ta tiến hành đẩy gỗ cần xẻ vào cưa, khi đó chuyển động quay của đĩa
cưa sẽ thực hiện quá trình cắt gọt. Khi đã xẻ hết mạch thứ nhất ta tiến hành
kéo gỗ lại và tiếp tục xẻ mạch thứ hai, quá trình xẻ được lặp đi lặp lại nhiều
lần đến khi bỏ ván hay thanh cuối cùng ra khỏi bàn máy.
2.2.3. Các thông số chế độ gia công
Luận văn giới hạn tập trung nghiên cứu các thông số cơ bản nhất (thông
số điều khiển) của chế độ gia công trên máy là vận tốc cắt V, vận tốc đẩy phôi
U và góc mái răng cắt β.
2.2.4. Chi phí năng lượng riêng và chất lượng sản phẩm gia công
a. Chi phí năng lượng riêng:
Luận văn thực hiện xác định công suất tiêu thụ điện năng trên một đơn
vị chiều dài mạch xẻ.
b- Chất lượng sản phẩm gia công:
Sản phẩm gia công - ván xẻ, kích thước ván chiều dày S = 22 mm và
chiều dài trung bình L = 2000 mm.
Chất lượng ván xẻ được đánh giá theo một số tiêu chuẩn hiện hành về độ
phẳng, nhẵn bề mặt ván, độ phẳng mạch xẻ và kích thước hình học ván.
2.3. Nội dung nghiên cứu
Với phạm vi nghiên cứu đã trình bày ở phần trên. Để đạt được mục tiêu
của đề tài chúng tôi tập trung giải quyết những nội dung sau:
2.3.1. Tổng hợp những cơ sở khoa học quá trình xẻ dọc gỗ bằng cưa đĩa và
thiết bị công nghệ.

2.3.2. Xác định những yếu tố thuộc chế độ gia công ảnh hưởng đến chi phí
năng lượng riêng và chất lượng gia công của máy cưa đĩa xẻ dọc.
2.3.3. Thực nghiệm xây dựng mô hình toán học của các hàm mục tiêu.


16

2.3.4. Xác định chế độ làm việc hợp lý . Đề xuất những biện pháp kỹ thuật
để sử dụng hiệu quả máy cưa đĩa xẻ dọc LW-14.
2.4. Phương pháp nghiên cứu
Các phương pháp chủ đạo được sử dụng để giải quyết các nội dung
nghiên cứu của đề tài là phương pháp nghiên cứu lý thuyết và phương pháp thực
nghiệm.
2.4.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết được sử dụng trong nghiên cứu các công
trình khoa học, tổng hợp cơ sở lý luận để giải quyết các nội dung 2.3.1, 2.3.2 và
2.3.4, làm định hướng ban đầu, hỗ trợ giảm bớt khối lượng công việc, rút ngắn
thời gian nghiên cứu thực nghiệm.
2.4.2. Phương pháp thực nghiệm
Phương pháp thực nghiệm được sử dụng là qui hoạch thực nghiệm đơn và
đa yếu tố để giải quyết các nội dung 2.3.3 và 2.3.4.
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm chúng tôi sử dụng trong luận văn
không phải là thực nghiệm thuần tuý mà kết hợp giữa lý thuyết và thực
nghiệm, lấy lý thuyết làm cơ sở định hướng ban đầu, hỗ trợ giảm bớt khối
lượng công việc, qua đó rút ngắn thời gian thực nghiệm. Đó là phương pháp
thực nghiệm chủ động của quy hoạch thực nghiệm
Quy hoạch thực nghiệm là cơ sở phương pháp luận của nghiên cứu
thực nghiệm hiện đại. Đây là phương pháp nghiên cứu mới, trong đó công cụ
toán học đóng vai trò tích cực. Cơ sở toán học, nền tảng của lý thuyết quy
hoạch thực nghiệm là toán học thống kê với hai lĩnh vực quan trọng là phân

tích phương sai và phân tích hồi quy.
Lựa chọn kiểu thiết kế thí nghiệm được căn cứ vào mối quan hệ thể
hiện sự ảnh hưởng giữa yếu tố đầu ra và yếu tố đầu vào là quan hệ tuyến tính
hay phi tuyến. Điều này giúp cho việc lựa chọn phương pháp bố trí thực
nghiệm hợp lý, giảm thiểu các thí nghiệm không cần thiết.


17

Nội dung của phương pháp quy hoạch thực nghiệm này là xác định ảnh
hưởng tới tham số đầu ra của quá trình nghiên cứu bởi một loạt các biến số.
Trong đó, tham số đầu ra ký hiệu là Yi, các yếu tố ảnh hưởng ký hiệu là Xi.
Đây là những yếu tố có thể lượng hoá, đo đếm và điều khiển được. Đối với
tham số đầu ra, khi không biết trước dạng của nó thì nên thực hiện từ quy
hoạch thực nghiệm bậc nhất, sau đó kiểm tra mô hình thu được bằng các tiêu
chuẩn thống kê, nếu không phù hợp thì chuyển sang mô hình quy hoạch thực
nghiệm bậc hai [1, 2, 4, 6, 15].
Quy hoạch thực nghiệm bậc nhất
- Các dạng kế hoạch thực nghiệm bậc nhất:
+ Quy hoạch thực nghiệm các yếu tố toàn phần (đầy đủ):
Mô hình thực nghiệm bậc nhất với các yếu tố toàn phần có dạng:
Y = b0 + b1x1 + b2x2 +... bnxn.
Trong đó:

(2.1)

b0 - số hạng tự do;

b1, b2, ...bn - các hệ số hồi quy tuyến tính;
xi , xn - các yếu tố ảnh hưởng (số biến);

Y - tham số đầu ra;
i - chỉ số các yếu tố, i = 1, 2, ....n.
Các thí nghiệm được thực hiện với toàn bộ các mức của các yếu tố. Số
thí nghiệm (N) phụ thuộc vào số lượng các yếu tố theo hai mức và được tính
bằng công thức: N = 2n.
+ Quy hoạch thực nghiệm tuyến tính rút gọn:
Kế hoạch thực nghiệm toàn phần có nhược điểm là khi thông số đầu
vào tăng, thì số điểm thí nghiệm tăng lên rất lớn, kế hoạch trở nên cồng kềnh,
tốn kém. Vì vậy, người ta đưa ra các loại thực nghiệm rút gọn trong đó số
lượng thí nghiệm N được tính như sau: N = 2n-p (p là bậc rút gọn).
- Các yếu tố ảnh hưởng và khoảng xác định của chúng:
Trong nghiên cứu thực nghiệm, các yếu tố ảnh hưởng được chọn phải là


18

những yếu tố ảnh hưởng rõ nét tới mục tiêu nghiên cứu và có thể điều khiển,
đo đếm được. Khoảng xác định tổng quát của các yếu tố ảnh hưởng được xác
định như sau:
Ximin < Xi < Ximax.

(2.2)

Trong đó: Ximin - mức dưới; Ximax - mức trên.
Giữa hai mức trên và dưới, ta lấy mức trung gian (mức cơ sở: X i0). Giá
trị mức này được tính như sau:
Xi0 = ( Ximin + Ximax )/ 2 .
Khoảng biến động của các yếu tố: Li = Ximax - Xio = Xi0 - Ximin.
Để thuận tiện, các giá trị của yếu tố tự nhiên (Xi) có thể viết dưới dạng
toạ độ (xi). Khả năng này, cho phép viết quy hoạch thực nghiệm dưới dạng

tổng quát mà không phụ thuộc vào giá trị vật lý của quá trình nghiên cứu.
Để chuyển từ dạng tự nhiên sang dạng toạ độ, ta sử dụng công thức:
xi = ( Xi - Xi0 )/ Li

(2.3)

Khi đó các mức của yếu tố ảnh hưởng dưới dạng toạ độ sẽ là các giá trị:
+1 (mức trên); 0 (mức cơ sở); -1 (mức dưới).
- Lập ma trận thực nghiệm:
Ma trận thực nghiệm bậc nhất là một bảng có số cột bằng số biến và tổ
hợp chập đôi của chúng, số hàng bằng số thí nghiệm N. Trong đó, các biến
được ghi ở dạng mã hoá (+1; -1).
- Xử lý kết quả thí nghiệm:
Số liệu thí nghiệm thu được cùng với các hệ số của phương trình hồi
quy tìm ra theo các công thức sau đây:
1
bo 
N

N

y ;
j 1

j

bi 

1
N

N


j 1

x ji . y j

(2.4)

i = 0,1,2,....n ( số biến).
+ Kiểm tra tính đồng nhất của các phương sai:
Tính đồng nhất của các phương sai kiếm tra theo tiêu chuẩn Kohren:


19

G p  G

(2.5)

Gp - giá trị tính toán; Gb - giá trị tra bảng theo mức có nghĩa , bậc tự do 
và k.
+ Kiểm tra tính có ý nghĩa của các hệ số hồi quy:
Các hệ số hồi quy b0, bi, bii, bij kiểm tra theo tiêu chuẩn Student.
b

i

 t.Sbi

hoặc

T  tb

(2.6)

Trong đó: bi - các hệ số của phương trình hồi quy; tb - tiêu chuẩn
Student tra bảng với  = 0.05 và bậc tự do  = N(m -1); N - số thí nghiệm; m
- số lần lặp lại; T - trị số tiêu chuẩn Student tính toán; Sbi - phương sai của hệ
số thứ i.
+ Kiểm tra tính tương thích của mô hình toán học:
Tính tương thích của mô hình toán học, được kiểm tra theo tiêu chuẩn
Fisher:

Fp Fb. Trong đó:

Fb - giá trị tiêu chuẩn Fisher tra bảng;

Fp - giá trị của biểu thức Fisher theo tính toán.
Sau khi kiểm tra số liệu thí nghiệm và mô hình thực nghiệm bằng các
tiêu chuẩn trên, nếu kết quả quy hoạch thực nghiệm tuyến tính chứng tỏ mô
hình bậc nhất không tương thích thì ta phải tiến hành thực nghiệm bậc hai.
Quy hoạch thực nghiệm bậc hai
- Phương trình tương quan bậc hai có dạng [1] :
K

K

i 1

i 1 i 1

K

K

Y  b 0   bi Xi   b Þ Xi X j   b Þ Xi2

(2.7)

i 1

- Các dạng kế hoạch thực nghiệm bậc hai: Hiện nay, có nhiều dạng kế
hoạch thực nghiệm bậc hai như: kế hoạch Keeferi J, kế hoạch trực giao, Box
wilson, kế hoạch H.O Hartley. Tuỳ theo yêu cầu của thí nghiệm và số lượng
yếu tố ảnh hưởng mà lựa chọn kế hoạch thực nghiệm phù hợp.
- Số lượng thí nghiệm được tính toán theo công thức:
N = N1 + N + N0

(2.8)


20

Trong đó: N1 - các thí nghiệm phần nhân; N1 = 2n ; N - các thí nghiệm
phần mở rộng (N = 2.n); N0 - các thí nghiệm phần tâm (N0 = 1).
+ Kế hoạch thực nghiệm bậc hai được thực hiện với các mức: mức
trên (+1); mức dưới (-1); mức trung gian ( 0) và hai mức sao + ; -.
+ Tay đòn điểm sao : là khoảng cách từ tâm thí nghiệm tới các điểm

sao được tính theo công thức sau:


2n p2 (2n p  2n  1)  2n p1

(2.9)

Trong đó: p - số yếu tố rút gọn; n - số yếu tố ảnh hưởng.
- Lập ma trận thực nghiệm: Ma trận thực nghiệm với quy hoạch thực
nghiệm bậc hai là một bảng bao gồm các giá trị yếu tố ảnh hưởng được mã
hoá dưới dạng tọa độ: +1, -1, 0, +, - với số hàng bằng số thí nghiệm N, số
cột bằng số yếu tố ảnh hưởng và tổ hợp chập đôi của chúng.
- Xử lý kết quả thí nghiệm: Tương tự như quy hoạch thực nghiệm bậc
nhất, số liệu thực nghiệm và các hệ số của phương trình hồi quy thu được phải
được kiểm tra theo những tiêu chuẩn thống kê.
+ Kiểm tra tính đồng nhất của các phương sai:
Tính đồng nhất của các phương sai kiếm tra theo tiêu chuẩn Kohren:
G p  G

(2.10)

Trong đó : Gp - giá trị tính toán; Gb - giá trị tra bảng.
+ Kiểm tra tính có ý nghĩa của các hệ số hồi quy:
Các hệ số hồi quy b0, bi, bii, bij kiểm tra theo tiêu chuẩn Student.
b

i

 t.Sbi hoặc T

 tb

(2.11)

+ Kiểm tra tính tương thích của mô hình toán học:
Tính tương thích của mô hình toán học kiểm tra theo tiêu chuẩn Fisher:
Fp



Fb. Trong đó: Fb - giá trị Fisher tra bảng; Fp - giá trị biểu thức Fisher

tính toán.


21

Chương 3
CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA LUẬN VĂN
Để xác định những yếu tố chế độ gia công ảnh hưởng đến các chỉ tiêu
chất lượng sản phẩm và chi phí năng lượng riêng khi xẻ ván cốt pha từ gỗ
Keo lá tràm trên máy cưa đĩa, ngoài nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động
của thiết bị gia công - máy LW-14 như trình bày ở chương 2, ở đây cần thiết
đưa ra phân tích và vận dụng kiến thức, kết quả nghiên cứu của các lĩnh vực
khoa học như lý thuyết cắt gọt gỗ, khoa học gỗ, cơ học ứng dụng, thống kê
thực nghiệm … để tính toán, đánh giá mức độ ảnh hưởng của chúng.
3.1. Động học quá trình xẻ dọc gỗ bằng cưa đĩa
Quá trình xẻ dọc gỗ bằng cưa đĩa được minh hoạ trên hình 3.1.

Hình 3.1. Xẻ dọc bằng cưa đĩa

Xuất phát từ cấu tạo của lưỡi cưa và nguyên lý hoạt động của cưa đĩa ta
thấy rằng răng của lưỡi cưa dùng làm thí nghiệm là răng cưa lưng thẳng có
các góc như sau: góc sau =300, góc mài =400 và góc cắt =+=700. Dạng
cắt mà cưa thực hiện là dạng cắt phức tạp, cắt kín vì có nhiều cạnh cắt cùng
một lúc tham gia vào quá trình cắt. Quá trình cắt gọt ở đây là xẻ dọc, cạnh cắt
bên thực hiện dạng cắt ngang còn cạnh cắt ngắn cắt tiếp tuyến. Nếu phối hợp


22

hai chuyển động: cưa và gỗ chúng ta được sơ đồ hình 3.2a, thường gỗ chỉ tiếp
xúc với đĩa cưa một cung nhỏ hơn πD/4 (hình 3.2c).

Hình 3.2. Động học quá trình cắt gọt bằng cưa đĩa
Như vậy, trên thành ván xẻ chỉ có một phần của quỹ đạo (hình 3.2b),
khoảng cách giữa hai quỹ đạo hai răng kế tiếp là lượng đẩy gỗ tương ứng với
một răng cưa.
Tốc độ cắt được xác định: v 

π.D.n Z.t.n

(m/s).
60
60

(3.1)

Trong đó: D - Đường kính của đĩa cưa (m);
n - Số vòng quay của đĩa cưa (vòng/ph);
Tốc độ đẩy của gỗ : u 

u z . .D.n
(m/ph),
1000.t

(3.2)

Ở đây: uz - lượng ăn dao của một răng (mm).
Tốc độ thực: v  v 2  u 2  2.u.v.cos

(3.3)

Khi xẻ gỗ bằng cưa đĩa, góc gặp thớ thay đổi, từ min lúc vào, đến tb và
max lúc ra (hình 3.2b). Chúng ta có:


23

a  H
min = v = arccos 

 R 

(3.4)

a
max = r = arccos  
R

(3.5)

Từ đó:

a
a  H
arccos.   arccos.

v  r
R
R 


 tb 

2
2

(3.6)

và góc tiếp xúc giữa lưỡi cưa với gỗ là:

a
a  H
tx = r - v = arccos.   arccos.

R
 R 

(3.7)

a
a  H
Cung tiếp xúc là: L = Rtx = R.arccos.   arccos.
.
R
 R 

(3.8)

Trong đó:

a - Khoảng cách ăn gỗ của một vòng đĩa cưa (m);
R - Bán kính của đĩa cưa (m);
hmin = uzsinmin = uzsinv ;

(3.9)

hmax = uzsinmax = uzsinr .

(3.10)

Chiều dày phoi trung bình là:

h tb 

h min  h max
sin  max  sin  min
 uz.
2
2

(3.11)

Mặt khác có thể tính chiều dày phoi trung bình htb theo sơ đồ
(hình 3.2 b), ở đây: h. L = uz. H, từ đó:


a
 a  H 
h. R.arccos.   arccos.

h.L
R
 R 

uz 

H
H

(3.12)

Như vậy, xẻ dọc bằng cưa đĩa là dạng cắt gọt chuyên dùng, quá trình cắt
là kín. Lưỡi cắt là những răng cưa nằm trên chu vi của một đĩa, khi đĩa cưa
làm việc quay tròn thực hiện chuyển động cắt, chuyển động đẩy do gỗ thực
hiện.