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

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

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

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.

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

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

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

%


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


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



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

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

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


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


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

 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


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)

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