Luận văn thạc sĩ tính toán, thiết kế cơ cấu truyền động và kết cấu của thiết bị rút lõi gỗ dừa

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

LÊ VĂN THANH

TÍNH TỐN, THIẾT KẾ CƠ CẤU TRUYỀN ĐỘNG VÀ
KẾT CẤU CỦA THIẾT BỊ RÚT LÕI GỖ DỪA.

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2012


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

LÊ VĂN THANH

TÍNH TỐN, THIẾT KẾ CƠ CẤU TRUYỀN ĐỘNG VÀ
KẾT CẤU CỦA THIẾT BỊ RÚT LÕI GỖ DỪA.

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT MÁY, THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ
GỖ GIẤY
MÃ SỐ: 60.52.24

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. HOÀNG HỮU NGUYÊN

Hà Nội, 2012


i

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực
và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác

Tác giả luận văn

Lê Văn Thanh


ii

LỜI CẢM ƠN
Nhân dịp hoàn thành luận văn thạc sỹ, tơi xin chân thành bày tỏ lịng biết ơn
sâu sắc tới thầy giáo: PGS.TS. Hồng Hữu Ngun đã tận tình hướng dẫn tơi trong
suốt q trình thực hiện đề tài.
Tơi xin chân thành cảm ơn đến các thầy, cô giáo, các nhà khoa học thuộc
Trường Đại học Lâm nghiệp đã nhiệt tình giúp đỡ tơi về phương pháp nghiên cứu,
tài liệu chuyên môn liên quan đến luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo, tập thể giáo viên, công nhân Cơ sở
2 Trường Đại học Lâm nghiệp, Khoa cơ khí, Trường cao đẳng cơng nghệ Thủ Đức
đã hết lịng giúp đỡ tơi hồn thành bản luận văn này.

Qua đây, cũng xin được gửi lời cảm ơn tới gia đình tơi. Trong q trình tơi
học tập và hồn thành luận văn đã động viên và tạo cho tôi những điều kiện tốt nhất
để tơi hồn thành tốt những u cầu của khoa học đề ra.
Xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất và lời chúc sức khỏe.
Tác giả luận văn


iii

MỤC LỤC

Trang

Lời cam đoan

i

Lời cảm ơn

ii

Mục lục

iii

Các ký hiệu dung trong đề tài

v

Danh mục các bảng biểu

vi

Danh mục các hình

vii

Mở đầu
Chương 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1

1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.2. CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

3
5

1.2.1 Nghiên cứu sơ bộ sơ đồ nguyên lý về máy khoan rút lõi và mũi
khoan rút lõi
1.2.2 Đối tượng gia công
1.2.3 Đối tượng nghiên cứu
1.2.3.1 Đối tượng nghiên cứu chủ yếu
1.2.3.2 Sự phát triển của các hệ thống khoan lõi
1.2.3.3 Một số kết cấu máy gia cơng ngun liệu dừa
1.2.3.4 Bản chất của q trình cắt gọt rút lõi cây dừa

5
7
7

7
8
15
22

1.2.3.5 Các cơ sở lý thuyết về tính bền áp dụng cho dao cắt và kết cấu thiết
bị rút lõi gỗ dừa.

34

1.2.3.6. Nguồn lực dẫn động của dao và máy tách lõi, cơ sở và phương
pháp chọn

36

Chương 2. MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
2.2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
2.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
2.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

43
43
43
44


iv

2.4.1. Phương pháp tiếp cận hệ thống
2.4.2. Phương pháp giải tích tốn học
2.4.3. Phương pháp tối ưu hố
2.4.4. Phương pháp xác định thông số nghiên cứu của máy
2.4.5. Phương pháp tiếp cận công nghệ mới

44
45
45
45
46

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. NGUYÊN LIỆU CÂY DỪA
3.1.1.Thông tin chung về cây dừa
3.1.2. Cấu tạo và tính chất của cây dừa
3.1.2.1. Cấu tạo thơ đại
3.1.2.2. Cấu tạo hiển vi
3.1.3. Tính chất vật lý của gỗ dừa
3.1.3.1. Tính chất vật lý của thân cây dừa
3.1.3.2. Khối lượng thể tích (TCVN 362 – 70 )
3.1.3.3. Tính hút nước : (TCVN360 – 70)
3.1.3.4. Tính co rút : (TCVN361 – 70)
3.1.3.5. Tính dãn nở
3.1.3.6. So sánh tính chất vật lý của thân dừa và 2 loại gỗ cao su , xà cừ
3.1.4. Độ ẩm của nguyên liệu
3.1.5. Tính chất cơ học
3.1.5.1.Giới hạn bền khi nén dọc thân dừa : (TCVN363 – 70)
3.1.5.2.Giới hạn bền nén ngang tiếp tuyến thân dừa
3.1.5.3. Giới hạn bền nén ngang xuyên tâm gỗ dừa

3.1.5.4.Giới hạn bền kéo dọc gỗ dừa : (TCVN364 – 70)
3.1.5.5. Giới hạn bền uốn tĩnh gỗ dừa : (TCVN365 – 70)
3.1.5.6. Modul đàn hồi uốn tĩnh của gỗ dừa (Mpa) : (TCVN370 – 70)

47
47
47
47
49
51
51
52
52
53
54
55
56
56
57
58
59
59
60
62

3.1.5.7. So sánh một vài tính chất cơ học của thân dừa với gỗ cao su , xà cừ
theo TCVN
3.2. LỰA CHỌN NĂNG SUẤT LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG

62

64


v

3.3. LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG
3.4. ĐỊNH HƯỚNG THIẾT KẾ
3.5. THIẾT KẾ TÍNH TỐN CÁC BỘ PHẬN CỦA MÁY CẮT RÚT LÕI

65
66
66

3.5.1. Tính tốn chọn cơng suất của động cơ quay dao và phân phối tỉ số
truyền theo ngun lý ban đầu
3.5.2. Tính tốn bộ truyền đai
3.5.3. Tính tốn bộ truyền bánh răng nón

66
67
74

3.5.4. Thiết kế và tính tốn bền cho trục chứa bánh đai lớn và bánh răng
nón nhỏ ( Trục 1)
3.5.5. Thiết kế và tính tốn bền cho trục chứa bánh răng cơn lớn (trục 2)
3.5.6. Lắp ráp kết cấu truyền động và dao cắt
3.5.7. Thiết kế kết cấu khung cho máy
3.5.8. Thiết kế,Tính tốn bộ truyền trục vít me
3.5.9. Thiết kế, tính tốn bộ phận kẹp phôi dừa
3.5.10. Bản vẽ kết cấu máy rút lõi xem phụ lục 1

3.5.11. Bản mô phỏng lắp ráp và hoạt động của máy rút lõi

77
82
86
89
96
100
103
103

Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
4.1. KẾT LUẬN
4.2 KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC 1: Bản vẽ kết cấu máy rút lõi
PHỤ LỤC 2: Tính lực trên visme

104
104
106
114
145


vi

CÁC KÍ HIỆU DÙNG TRONG ĐỀ TÀI
TT

Ký hiệu

Ý nghĩa

1

dm

Đường kính trung bình visme (m)

2

dmc

Đường kính ngồi visme

3

θ

Góc xoắn ren

4

F

Lực quay visme

(N)

5

l

n.p: Chiều dài đoạn ren

(m)

6

n

Số đầu mối

7

p

Bước ren

(m)

8

rci

Bán kính trong

(m)

9

rco

Bán kính ngồi

(m)

10

rm

Bán kính trung bình

11

rmc

( rci + rco ) / 2 Bán kính đai ốc

(m)

12

TR

Moment nâng vật

(Nm)

13

TL

Moment đặt tải trọng

(Nm)

14

η

Hệ số công suất visme

15

μc

Hệ số ma sát giữa visme và đai ốc.

16

μs

Hệ số ma sát trên bề mặt ren.

17

α

tan-1 l/(π.dm ).Góc xoắn

18

W

Lực dọc trục gây ra bởi visme

(m)
(radians)

(m)

(radians)
(N)


vii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Số hiệu
bảng
3.1
Kết quả đếm bó mạch

Tên bảng

Trang
48

3.2

Sự giảm dần mật độ bó mạch từ vỏ vào tâm.

48

3.3

Mật độ bó mạch trên thân cây dừa 25 - 30 tuổi

50

3.4

Đường kính bó mạch trong thân cây dừa 25 – 30 tuổi

51

3.5

Khối lượng thể tích khơ kiệt của gỗ dừa, g/cm3

52

3.6.

Tổng hợp độ hút nước của gỗ dừa, %

52

3.7

Tổng hợp kết quả tỷ lệ co rút của gỗ dừa %

53

3.8

Tổng hợp kết quả tỷ lệ dãn nở của gỗ dừa %

54

3.9

Một vài tính chất vật lý của thân dừa, gỗ cao su, gỗ xà cừ

55

3.10

Độ ẩm trung bình thân dừa

56

3.11

Giới hạn bền khi nén dọc thân dừa.

57

3.12

Giới hạn bền nén ngang tiếp tuyến thân dừa

58

3.13

Giới hạn bền nén ngang xuyên tâm gỗ dừa

59

3.14

Giới hạn bền kéo dọc gỗ dừa

60

3.15

Giới hạn bền uốn tĩnh gỗ dừa

60

3.16

Modul đàn hồi uốn tĩnh của gỗ dừa, Mpa

62

3.17

Một vài tính chất của thân dừa , gỗ cao su và xà cừ [5];[6]

62

3.18

So sánh tính chất gỗ dừa với TCVN (TCVN.1072-71)

63

3.19

Kết quả tính tốn bộ truyền đai 1 trên phần mềm inventor 12

72

3.20

Kết quả tính tốn bộ truyền đai 1 trên phần mềm inventor 12

73

3.21

Thơng số đầu vào của bánh răng nón trên phần mềm inventor 12

75

3.22

Kết quả tính tốn và kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng nón trên

76

inventor12
3.23

Bảng kết quả tải trọng tác dụng lên 2 bánh răng

77

3.24

Biểu đồ ứng suất uốn

79

3.25

Biểu đồ ứng suất uốn tổng hợp

80


viii

3.26

Biều đồ ứng suất do xoắn.

80

3.27

Biểu đồ ứng suất do xoắn

80

3.28

Tiết diện lý tưởng của trục

80

3.29

Kết quả tính tốn kiểm nghiệm ổ lăn trục 1

81

3.30

Biểu đồ mô men uốn trục 2

83

3.31

Biểu đồ ứng suất kéo trục 2

84

3.32

Biểu đồ mô ứng suất do xoắn trục 2

84

3.33

Đường kính lý tưởng trục 2

84

3.34

Tính toán và kiểm nghiệm ổ lăn cho trụ

85

3.35

Kết cấu và thông số kỹ thuật của sống lăn

95


ix

DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu
Tên hình vẽ
hình vẽ
Nguyên lý khoan lấy lõi
1.1

Trang
5

1.2

Một số máy khoan lõi

5

1.3

Một số dạng mũi khoan dùng để khoan lấy lõi

6

1.4

Hình dáng thân cây dừa

6

1.5

Lỗ khoan bao tâm trong đá granite hồng

8

1.6

Phần lõi đá của lỗ khoan bao tâm

10

1.7

Các dấu vết trong cái hộp đá granite trong “Phòng vua” của kim tự
tháp Lớn

1.8

Hầu hết các cửa ở ngơi đền này vẫn cịn dấu vết của các lỗ khoan

1.9

Các vòng tròn trên ảnh này cho thấy một số chỗ mà du khách có
thể tìm thấy các lỗ khoan đó

1.10

Một bằng chứng nữa của kỹ thuật khoan lấy lõi ở Ai Cập tiền sử

1.11

Dấu vết khoan lấy lõi trong đá basalt, sử dụng 2 lưỡi khoan trịn có
bán kính khác nhau, tạo thành một cái ống

1.12

Các dấu khoan trong lòng đá cứng khắp thế giới cổ xưa

1.13

Mnajdra, Malta. Hằng trăm lỗ khoan trang trí trên những khối đá.
Có niên đại khoảng 6.000 năm

1.14

Khoan vào đá, hình dạng mũi khoan, phoi lõi thường dùng ngày
nay

11
11
12
12
13
13
14

14

1.15

Mơ hình thí nghiệm máy xén vỏ dừa tươi

15

1.16

Bệ xoay và bộ phận bộ phận xén vai

17

1.17

Bộ Phận Xén Chân

18

1.18

Bộ Phận xén vai

19


x

1.19

Mơ hình máy thí nghiệm

20

1.20

Bộ phận cắt

20

1.21

Phân tích lực cắt khi cắt kim loại

23

1.22

Quan hệ giữa dao và gỗ trong quá trình cắt gọt

25

1.23

Dao cắt, các trường hợp chuyển động và đặt dao cắt

29

1.24

Sơ đồ tổng quát lực trong cắt hở

30

1.25

Lực tác dụng lên mũi dao cắt

31

1.26

Lực tác dụng lên mặt sau dao cắt

33

1.27

Lực tác dụng lên mặt sau dao cắt khi cắt ngang

33

1.28

Lực tác dụng lên mặt trước dao cắt

33

1.29

các thành phần nội lực trên mặt cắt ngang

34

1.30

Sơ đồ chọn dấu + hay -

35

1.31

Sơ đồ động cơ điện một chiều kích thích độc lập điều khiển bằng
dòng kích thích

1.32

37

Sơ đồ động cơ điện một chiều kích thích độc lập điều khiển bằng
dòng điện phần ứng

39

1.33

Sơ đồ hệ thống máy phát – động cơ Ward – léonard.

41

3.1

Hình vẽ cách đếm bó mạch

48

3.2

Mặt cắt ngang thân cây dừa và vẽmặt cắt ngang thân cây dừa

49

3.3

Cấu tạo hiển vi của cây dừa (mặt cắt ngang)

49

3.4

Cấu tạo hiển vi thân cây dừa ( mặt cắt dọc )

50

3.5

Kích thước và mặt cắt ngang của cây dừa

65

3.6

Sơ đồ tính tốn cơng suất động cơ quay dao

66

3.7

Mặt cắt của đai hình thang thường

67

3.8

Bộ truyền đai sau khi đã tính tốn và kiểm nghiệm

74


xi

3.9

Bộ truyền bánh răng nón sau khi đã tính tốn và kiểm nghiệm

76

3.10

Sơ đồ tải của trục 1 trên máy

77

3.11

Sơ đồ chịu tải của trục 1_ 2D_3D

78

3.12

Kết cấu trục 1

82

3.13

Sơ đồ tải trọng trục 2

82

3.14

Đặt tải trọng lên trục 2 (2D_3D)

83

3.15

Kết cấu hoàn thiện trục 2

86

3.16

Kết cấu bộ truyền của máy

86

3.17

Các phương án chạy dao

87

3.18

Phương pháp truyền mô men cho dao cắt

87

3.19

Bộ truyền của máy và tương quan với dao cắt

88

3.20

kết cấu khung cho máy

88

3.21

Băng trượt bi công nghiệp.

89

3.22

Chiều moment tác dụng lên sống lăn

90

3.23

Kết cấu đế giữ phôi dừa và tương quan kích thước với băng trượt
bi

92

3.24

Sơ đồ chịu lực của các con trượt và băng trượt quy về 2D

93

3.25

Kết cấu bộ vít me trên máy tách lõi

96

3.26

Sơ đồ chịu tải của vít me

97

3.27

Kết cấu của cụm bánh đai 2 và động cơ 2 trên máy rút lõi

100

3.28

Cơ cấu kẹp phơi dừa

101

3.29

Sơ đồ tính lực kẹp

102

3.30

Kết cấu máy tách lõi hoàn chỉnh

103

1
MỞ ĐẦU
Khi đời sống của con người ngày càng được nâng cao, nhu cầu sử dụng gỗ ngày
càng tăng cả về số lượng và chất lượng. Trong khi đó, khả năng cung cấp gỗ của rừng
ngày càng hạn chế. Vì vậy, tìm kiếm nguồn ngun liệu ngồi gỗ để tạo nên vật liệu
mới thay thế gỗ là hướng đi cần thiết đang được nhiều quốc gia quan tâm. Trong đó,
nhiều loại phế liệu nơng nghiệp, thực vật ngồi gỗ có thể trở thành nguyên liệu sản
xuất ván nhân tạo. Số liệu dẫn ra dưới đây về sử dụng dạng phế liệu nông nghiệp trong
sản xuất ván nhận tạo năm 2006 cho thấy ưu thế của loại nguyên liệu này [8]: Gỗ (kể
cả gỗ nguyên cây) -1,750,000,000 tấn, phế liệu rơm (lúa mỳ, lúa mạch, lúa gạo, yến
mạch, …) -1,145,000,000 tấn, thân cây nơng nghiệp (dừa, bơng…) – 970,000,000 tấn,
bã mía – 75,000,000 tấn, lau sậy cỏ tranh – 30,000,000 tấn, tre nứa – 30,000,000 tấn,
sợi bông -15,000,000 tấn, lõi ngô – 8,000,000 tấn, cây cỏ Chỉ - 5,000,000 tấn, vỏ cây –
2,900,000 tấn, cỏ giấy – 500,000 tấn.
Có thể nhận thấy, tổng trọng lượng thực vật thân thảo ngoài gỗ, phế liệu nông
nghiệp được đưa vào sản xuất ván nhân tạo ở nhiều nước trên thế giới còn cao hơn
tổng trọng lượng gỗ. Tổng khối lượng thực vật thân thảo và phế liệu nông nghiệp
thường ổn định hàng năm và có thể thu mua dễ dàng. Tuy nhiên, những dạng vật liệu
này cũng có nhược điểm là dễ mục, biến màu nếu để ngồi trời. Vì vậy, để giữ chúng
được tốt, thuận tiện cho sử dụng về sau, cần tiến hành chế biến, phân lọai, bảo quản
chúng ngay sau khi thu họach.
Ở nước ta, sử dụng cây thân thảo và phế liệu nông nghiệp đưa vào sản xuất ván
nhân tạo còn chưa được chú ý đúng mức. Điều này, một mặt do tập quán sản xuất và sử
dụng vật liệu của người Việt nam. Mặt khác do chưa có những nghiên cứu hồn chỉnh
và chuyển giao cơng nghệ của cơ quan nghiên cứu cho nhà sản xuất, nên việc sử dụng
thực vật sản xuất sản phẩm ván nhân tạo vẫn chưa được triển khai nhiều trong thực tế.
Trong những cây thân thảo và phế liệu nông nghiệp ở Nam bộ, có cây dừa phát
triển rất mạnh nam bộ. Ngồi những cơng dụng hữu ích, thân cây dừa cịn gây ra nhiều

2
bất lợi cho đời sống xã hội. Vì vậy, cần sử dụng triệt để nguồn thực vật này vào sản
xuất những sản phẩm có ích. Một trong những sản phẩm có thể sản xuất quy mơ cơng
nghiệp từ ngun liệu thân cây dừa là sản phẩm làm phôi liệu cho ván nhân tạo.
Theo định hướng trên chúng tôi thực hiện đề tài:
“TÍNH TỐN, THIẾT KẾ CƠ CẤU TRUYỀN ĐỘNG VÀ KẾT CẤU CỦA
THIẾT BỊ RÚT LÕI GỖ DỪA”.


3
Chương 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
- Dừa là loại cây có giá trị kinh tế cao, các sản phẩm từ cây dừa rất đa dạng. Ngoài các
sản phẩm từ quả dừa, lá dừa thì thân cây dừa cũng được sử dụng để chế tác đồ mỹ
nghệ, sử dụng cho các cơng trình xây dựng đơn giản… Cho đến nay các quốc gia thành
viên của Hiệp Hội Dừa Châu Á-Thái Bình Dương (APCC) đã sản xuất và xuất khẩu
được hơn 70 chủng loại sản phẩm từ dừa, trong đó Philippines đóng góp hơn 40 loại
sản phẩm từ dầu dừa, từ các sản phẩm cao cấp phục vụ công nghiệp như alcohol béo
cho đến hàng thủ công mỹ nghệ. Ấn Độ và Sri Lanka lại xuất khẩu nhiều loại sản phẩm
từ xơ dừa. Năm 1994, Indonesia xuất khẩu được 102 triệu USD sản phẩm đường từ
mật hoa dừa. Ở Philippines, thạch dừa được xuất khẩu thu ngoại tệ hơn 26 triệu USD
trong năm 1993 và hơn 17 triệu USD trong năm 1996. Tại Việt Nam, cửa hàng thủ
công Mỹ nghệ Trường Ngân ở Bến Tre sản xuất hơn 50 mặt hàng từ gỗ dừa xuất khẩu
đi nhiều quốc gia trên thế giới.
- Theo số liệu của ngành Dầu thực vật thì diện tích dừa Việt Nam đạt đến 330.000 ha
vào cuối thập niên 80. Sau đó đã giảm sút nhanh cịn 154.000 ha (thống kê của FAO,
2004). Hiện nay diện tích trồng dừa ở nước ta đạt khoảng 200.000 ha, được trồng từ
Bắc đến Nam nhưng nhiều nhất là ở vùng ĐBSCL với trên 70%, kế đến là các tỉnh

Nam Trung Bộ (từ Đà Nẳng trở vào) chiếm gần 20%. Ở ĐBSCL, diện tích trồng dừa
nhiều nhất là Bến Tre (38.000 ha), kế đến là Trà Vinh (12.418 ha), Bình Định (12.000
ha). Từ năm 2004 đến nay do hoạt động chế biến dừa trái gia tăng, giá bán nguyên liệu
dừa trái lên rất cao nên diện tích trồng dừa ở các địa phương liên tục tăng, riêng tỉnh
Bến Tre đã tăng thêm gần 3.000 ha, đạt 38.000 ha.
- Cây dừa mọc thẳng đứng, suôn, bền chắc, càng lầu năm càng dẻo dai nhiều vân, màu
sắc. Gỗ dừa có độ bền cơ học khá tốt, có vân thớ đẹp, khả năng đáp ứng cho công
nghệ sản xuất ván nhân tạo rất cao. Tuy nhiên, không như các loại gỗ khác, phần lõi


4
cây dừa thường rất mềm, thớ dạng sợi, khơng có vân. Đây chính là vấn đề cần giải
quyết khi sử dụng gỗ dừa cho mục đích sản xuất ván nhân tạo.
- Như chúng ta đã biết hiện nay gỗ đang có xu hướng cạn kiệt do tài nguyên về rừng
ngày càng bị thu hẹp lại, trong khi đó những sản phẩm từ gỗ còn rất đa dạng và phong
phú và không thể thiếu trong sản xuất các đồ dùng trang trí cũng như trang trí nội ngoại
thất, chính vì vậy việc tìm các nguyên liệu tương tự khác thay thế cho gỗ là một yêu
cầu rất cấp bách hiện nay.
- Với các đặc tính gần như gỗ và là một nguồn nguyên liệu chế biến gỗ rất tốt trong
tương lai, thân cây dừa sẽ là một trong những giải pháp tốt nhất để thay thế cho gỗ
trong công nghiệp nhất là công nghệ làm ván ép nhân tạo.
Thân cây dừa có 2 phần, phần lõi và phần thân cả 2 phần đều có thể chế biến thành
ván nhân tạo, tuy nhiên cơng nghệ chế biến có khác nhau, Với phần thân cứng bên
ngoài việc tạo ván nhân tạo sẽ nhanh và ít tốn cơng hơn phần lõi. Phần lõi mềm hơn, để
tạo ra ván ép nhân tạo chúng phải được thêm vào một số chất phụ gia khác và trải qua
q trình ép mới trở thành sản phẩm có giá trị.
Việc tách phần thận và phần lõi có thể được thực hiện bằng nhiều cách khác nhau,
đơn giản nhất là thực hiện bằng thủ công, tuy nhiên thực hiện bằng thủ cơng có thể làm
hỏng cả 2 phần này nếu không được thực hiện tốt, mặt khác hiệu quả kinh tế bằng
phương pháp này mang lại cũng không cao. Một phương pháp hữu hiệu và mang tính

cơng nghiệp hơn đó là chế tạo một loại máy có thể bóc tách một cách tự động 2 phần
này.
Từ những vấn đề đã phân tích trên đây người nghiên cứu thấy rằng việc chế tạo
thành công máy tách vỏ và lõi dừa sẽ mang một ý nghĩa rất quan trọng trong cơng nghệ
tìm nguồn nguyên liệu thay thế gỗ và sản xuất các loại ván ép từ thân cây dừa.


5
1.2. CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.2.1. Nghiên cứu sơ bộ sơ đồ nguyên lý về máy khoan rút lõi và mũi khoan rút lõi

Hình 1.1 Nguyên lý khoan lấy lõi

Hình 1.2 Một số máy khoan lõi


6

Hình 1.3 Một số dạng mũi khoan dùng để khoan lấy lõi

Hình 1.4 Hình dáng thân cây dừa


7
1.2.2. Đối tượng gia công
Đối tượng gia công là những thân cây dừa có chiều dài 1m có độ trịn và độ thẳng
nhất định đường kính lõi khoảng 130mm- 150 mm, đã được cắt sẵn có độ ẩm phù hợp
và được đưa vào máy để khoét tách lõi sau đó đưa vào các dây chuyền khác để xử lý
chế biến thành ván nhân tạo.
Tính chất cơ lý của vật liệu gỗ dừa dùng cho gia công cụ thể như ứng suất cắt, phá

huỷ, độ dai,…. Sẽ được sử dụng để tính tốn để chọn hình dạng và góc độ dao rút lõi
cho phù hợp sau đó các kết quả này sẽ được dùng để tính tốn cho tồn bộ kết cấu của
máy rút lõi như công suất, tốc độ động cơ quay dao động cơ chuyển động, độ bền của
kết cấu và các bộ truyền động trong máy rút lõi.
Với việc tách lõi thân cây dừa một cách bán tự động, thì kích thước và độ đồng đều của
thân cây dừa là một một yếu tố quan trọng và phải được xem xét đầu tiên, nó quyết
định đến năng suất và mức độ khả thi của tồn bộ q trình rút lõi, hơn nữa việc chọn
hình dạng và góc độ dao sẽ là yếu tố quyết định đến năng suất và tính kinh tế của việc
tách lõi.
Với hình dạng thân cây dừa đã được xem xét và trình bày ở các phần trên, chúng ta
nhận thấy rằng nếu xét trên chiều dài 1m thì thân cây dừa có độ thẳng rất phù hợp và
có kích thước tương đối đồng loạt nhau, vì vậy đối tượng này rất phù hợp cho việc tự
động hóa việc tách lõi mà cũng là đối tượng chính mà đề tài này đề cập đến.
1.2.3. Đối tượng nghiên cứu
1.2.3.1. Đối tượng nghiên cứu chủ yếu
Để tạo ra một dây chuyền khoan lõi hoàn chỉnh cần phải có rất nhiều cơng đoạn
bao gồm các cơng đoạn thu gom cây dừa, cắt thành các đoạn dài yêu cầu, lựa chọn các
đoạn tiêu chuẩn đồng nhất để làm phôi liệu đưa vào máy khoan lõi, máy khoan lõi phải
bao gồm tổ hợp các kết cấu gá đặt, hệ thống định vị và lắp dao, hệ thống quay dao…,
việc nghiên cứu toàn bộ hệ thống này là một vấn đề rất lớn, vì vậy trong đề tài này
người nghiên cứu chỉ đi sâu vào 2 vấn đề chính đó là nghiên cứu góc độ kết cấu và vật


8
liệu làm dao cắt, nghiên cứu kết cấu của máy khoan lõi nhằm tạo ra được một hệ thống
khoan lõi hồn chỉnh tương đối, kích thước của phơi liệu dừa đã được chọn lựa tương
đối ở dải kích thước là chiều dài 1m, đường kính từ 130 tới 150mm.
1.2.3.2. Sự phát triển của các hệ thống khoan lõi
Phương pháp khoan lấy lõi (hay khoan bao tâm): lưỡi khoan có dạng ống trịn.
Đây là kỹ thuật khoan khó, địi hỏi lực khoan lớn và thân khoan phải được giữ rất ổn

định. Tuy nhiên ở vùng đất mà về sau trở thành Ai Cập cổ xưa, người ta đã tìm thấy
nhiều lỗ khoan và lõi khoan dạng này trong đá cứng, có niên đại nhiều ngàn năm trước.
Để tạo ra những lỗ khoan lõi kiểu như vậy, rõ rằng cần phải có khai thác mỏ và
luyện kim, sự chế tạo các mũi khoan, kinh nghiệm sử dụng vật liệu mài, kỹ thuật xoay
trịn – bánh xe, và tất cả những thứ có liên quan với nó.
Nhiều nhà khoa học cho rằng những lỗ khoan này là do người hiện đại thực
hiện. Tuy nhiên, những ý kiến này không được chấp nhận bởi theo các ghi chép lịch sử
thì 1000 năm trước, đã có các văn bản miêu tả về những lỗ khoan bao tâm vơ cùng bí
ẩn này.

Hình 1.5 Lỗ khoan bao tâm trong đá granite hồng.


9
Năm 1996, mảnh đá granite này được trưng bày tại Bảo tàng Cairo mà khơng có bất kỳ
thơng tin chú thích nào cả, có lẽ là miễn bình luận do nó q kỳ dị. Các hình ảnh cho
thấy những rãnh xoắn ốc. Dễ nhận thấy rằng chiều sâu và khoảng cách các rãnh tròn là
đều đặn, được tạo ra bằng phương pháp khoan lấy lõi.
Vậy thì, những người sống trên vùng đất Ai Cập thời thái cổ làm thế nào tạo ra
được các lỗ khoan nhẵn nhụi và tròn trịa đến như thế, nếu thời họ sống chưa phát minh
ra kỹ thuật khoan bao tâm, và các công cụ đều làm bằng đồng?
Nhà Ai Cập học vĩ đại, sir Flinder Petrie cũng khẳng định rằng những người tiền
Ai Cập cổ đã sử dụng máy khoan trong một số cơng trình và tác phẩm của họ.
Phương pháp khoan lõi đã được những người tại vùng đất Ai Cập thượng cổ sử dụng
rất rộng rãi để chế tác đá cứng, nhiều khi chỉ để loại bỏ phần đá thừa trong các tác
phẩm của họ. Điều đó chứng tỏ kỹ thuật khoan cơ khí này là rất dễ dàng đối với vật
liệu ấy. Tốc độ khoan 500 lần nhanh hơn máy khoan hiện đại .
Khi xem xét kỹ các vết khoan để lại, rõ ràng thiết bị khoan bí ẩn ấy đã sử dụng một
áp lực lớn ép xuống dưới. Khoảng cách giữa các rãnh khoan có thể được sử dụng để đo
độ lớn của áp lực đã được áp dụng.

Petrie nói về điều này như sau: “Trên lõi đá granit, mẫu vật số 7, rãnh xoắn ốc của
vết cắt tiến vào dần với tốc độ 0,25cm trong một tiết diện có chu vi 15cm, nghĩa là
1/60, là một tốc độ cắt thạch anh và fenspat đáng kinh ngạc”.
Tốc độ cắt của các thiết bị khoan hiện đại, nhà khoa học Chris Dunn tính tốn được
là 0,0005cm/vịng quay, cho thấy những người bí ẩn ở vùng đất Ai Cập ấy đã khoan
vào đá granite với tốc độ khoan nhanh hơn 500 lần so với các máy khoan hiện đại. Lỗ
khoan bao tâm trong đá granite hồng, được tìm thấy tại “Đền thung lũng” Ai Cập.
“Đền thung lũng” cùng với các kim tự tháp Giza có nhiều điểm khác biệt so với phần
cịn lại của Ai Cập cổ đại, cho thấy trình độ cơng nghệ cao hơn hẳn


10

Hình 1.6 Phần lõi đá của lỗ khoan bao tâm.
Đá granite hồng. Được ngài William Flinders Petrie tìm thấy vào năm 1881.
“Những khoan hình ống này có độ dày khác nhau, có đường kính từ 6mm đến 13cm và
dày từ 0,8mm đến 5mm. Lỗ khoan nhỏ nhất được tìm thấy trong đá granite có đường
kính 5cm”.
“…Cịn có một mẫu lớn hơn, ở nơi mà một cái nền đá vôi đã được đẽo gọt, bằng cách
cắt nó ra bằng những ống khoan có đường kính khoảng 46cm; các rãnh trịn đơi khi
giao nhau, chứng minh rằng nó đã được thực hiện chỉ đơn thuần là để loại bỏ phần đá
thừa đó”.
Ngài W.M. Flinders Petrie, nhà Ai Cập học số 1 Anh quốc, 1883 Các nhà xây dựng cổ
đại đã sử dụng một ống khoan lấy lõi để đục rỗng cái bồn đá trong “phòng Vua” của
Kim Tự Tháp Lớn. Họ đã khoan và để lại một dấu khoan ống ở phần trên bên trong của
cái bồn (vị trí mũi tên chỉ). Họ đã đánh bóng một chút xung quanh dấu khoan đó,
nhưng nếu tới đó quan sát một cách cẩn thận, chúng ta vẫn nhìn thấy nó:


11

Hình 1.7 Các dấu vết trong cái hộp đá granite trong “Phòng vua” của kim tự tháp Lớn
cho thấy lỗ khoan nằm ở góc trên phía đơng cái hộp, sử dụng phương pháp khoan lấy
lõi! Đây là một kỹ thuật cơ khí rất cao cấp.
Những gì bạn nhìn thấy trong hai bức ảnh dưới là những cái lỗ được tạo ra bởi
một mũi khoan lấy lõi trong đá granite đỏ. Các vòng tròn màu xanh trên sơ đồ là nơi có
thể nhìn thấy chúng trong các thanh dầm granite trên cao, tại Đền Thung lũng, gần
tượng Nhân Sư:

Hình 1.8 Hầu hết các cửa ở ngơi đền này vẫn cịn dấu vết của các lỗ khoan. Dường
như các lỗ khoan đã được sử dụng để đỡ trục xoay cho cửa ra vào, giống như bản lề.


12

Hình 1.9 Các vịng trịn trên ảnh này cho thấy một số chỗ mà du khách có thể tìm thấy
các lỗ khoan đó.

Hình 1.10 Một bằng chứng nữa của kỹ thuật khoan lấy lõi ở Ai Cập tiền sử.