Công nghiệp rừng NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG MÁY ĐO LỰC CẮT MÃ HIỆU CEVT - C25 TẠI VIỆN CƠNG NGHIỆP GỖ, TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP Hồng Tiến Đượng TS Trường Đại học Lâm nghiệp TÓM TẮT Máy đo lực cắt mã hiệu CEVT - C25 Viện công nghiệp gỗ, trường Đại học Lâm nghiệp dùng để đo lực cắt làm việc máy có hai hạn chế sau: Thứ làm việc thường gây tượng xước thớ gỗ, kẹt dao, điều làm cho số liệu lực cắt đo khơng xác Thứ hai chiều rộng chiều dài cắt lớn, gây hao tốn lượng nguyên vật liệu, hiệu sử dụng máy không cao Bài báo giới thiệu giải pháp nhằm nâng cao chất lượng hiệu sử dụng máy, bao gồm: Thứ nâng cao tần số điện cho động đẩy gỗ, từ làm tăng tốc độ cắt, trình cắt mẫu diễn bình thường (không bị xước gỗ, kẹt dao), khoa học tăng tần số điện f số vịng quay động tăng theo, tốc độ cắt gỗ tăng lên Thứ hai việc giảm tiêu hao lượng nguyên liệu trình cắt giải cách giảm chiều rộng mẫu chiều dài mẫu cắt, khoa học cho giải pháp giảm chiều rộng chiều dài phoi cắt lực cắt, cơng suất cắt giảm xuống Kết cho thấy: Khi nâng tần số làm việc cho động điện từ 50Hz lên 75Hz, tốc độ cắt máy tăng gấp 1,5 lấn, trình cắt mẫu diễn bình thường (khơng bị xước gỗ, không bị kẹt dao) Khi giảm chiều rộng mẫu cắt từ 25mm xuống 10mm (nếu giảm chiều rộng nhỏ ảnh hưởng lớn tới độ cứng vững phôi cắt) chiều dài mẫu cắt từ 200mm xuống 100mm tiết diện cắt giảm 2,5 lần chiều dài cắt giảm lần, chi phí cho lượng chi phí cho nguyên liệu giảm gần lần Từ khóa: Đo lực cắt, lực cắt gỗ, máy đo lực, nâng cao hiệu sử dụng máy I ĐẶT VẤN ĐỀ Đo lực cắt gỗ nội dung quan trọng, phục vụ thiết thực cho công tác cải tạo, thiết kế máy gia công gỗ Vấn đề nghiên cứu ứng dụng từ lâu, có nhiều cơng trình, tài liệu kết nghiên cứu ứng dụng vào thực tiễn Về thiết bị đo lực cắt gỗ đạt tới mức đại, đo đếm đồng thời nhiều thành phần lực theo phương khác nhau, chụp ghi hình, diễn biến lực chất lượng trình cắt Các thiết bị nhiều tài liệu tác giả giới thiệu, điển hình như: Norman C Franz, Phân tích q trình cắt gỗ, Ann Arbor, Michigan, November, 1957; Hữu Nguyên, (1980), Máy thiết bị gia công gỗ; Lý Lê, (2005), Nguyên lý công cụ cắt gọt gỗ Tuy nhiên, Việt nam hệ thống thiết bị đo lực cắt gỗ hoàn chỉnh đại chưa có Máy đo lực cắt gỗ CEVT - C25 Viện công nghiệp gỗ đưa vào sử dụng năm 2010, máy bộc lộ số hạn chế như: Khi làm việc thường gây tượng xước thớ, kẹt dao, điều làm sai lệch kết nghiên cứu trình cắt xảy khơng bình thường Ngồi ra, cắt chiều rộng, chiều dài phơi lớn cách không cần thiết dẫn đến hao tốn lượng nguyên liệu Các hạn chế làm giảm hiệu sử dụng máy Để khắc phục vấn đề trên, vấn đề làm cho máy thực trình cắt diễn cách bình thường (khơng có cố), giảm chi phí cho q trình cắt cần thiết để phục vụ tốt cho công tác đào tạo nghiên cứu II NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN Việc nâng cao hiệu sử dụng máy CEVT - C25 triển khai với nội dung gồm: Hệ thống hóa số thơng số kỹ thuật máy; đề xuất, chọn triển khai phương án nâng cao hiệu sử dụng máy; khảo nghiệm làm việc máy Các phương pháp thực gồm: Phương pháp kế thừa để hệ thống hóa thông số kỹ thuật máy CEVT - C25; phương pháp kế thừa, phân tích tổng hợp lý thuyết tài liệu để đề suất, lựa chọn phương án nâng TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 2-2015 65 Công nghiệp rừng cao hiệu sử dụng máy; phương pháp triển khai khảo nghiệm máy III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết khoa học công nghệ 3.1.1 Cấu tạo nguyên lý làm việc máy CEVT - C25 Sơ đồ tổng thể máy cắt CEVT - C25 hình Nguyên lý làm việc máy sau: Dao cắt lắp chặt vào gá dao, có liên hệ tương tác với cảm biến lực tốc độ Trong trình cắt dao cắt đứng im chỗ Gỗ kẹp chặt gá mẫu vít, chuyển động với tốc độ định theo phương ngang nhờ động hệ truyền khí bánh - răng, tốc độ chuyển động mẫu gỗ phụ thuộc vào tần số hoạt động biến tần tốc độ cắt gỗ Việc kiểm sốt chiều dày cắt thực thơng qua việc điều chỉnh vít me nang hạ gá mẫu Khi cắt gỗ phận truyền lực gỗ tiếp nhận hai thành phần lực lực cắt dọc lực cắt ngang, sau qua load cell chuyển đổi thành phần lực thành tín hiệu điện Tín hiệu điện qua mạch khuếch đại chuẩn hóa tín hiệu để có tín hiệu điện áp từ (0 5V) Đầu mạch chuyển đổi chuẩn hóa nối với máy tính qua cổng COM Thao tác máy tính, máy hiển thị lực cắt dọc lực cắt ngang tốc độ cắt mẫu Các thơng số hiển thị hình gồm: tốc độ, lực dọc, lực ngang (Hình 2) Hình Máy cắt CEVT - C25 1- nút nguồn 4- cơng tắc hành trình 7- phận kẹp mẫu gỗ 10- bánh – 13- nút vận hành 66 2- cảm biến tốc độ (encorder ) 5- gá dao 8- khóa an tồn 11- lồng bảo vệ 14- núm điều chỉnh tần số 3- load cell lực cắt dọc 6- dao cắt 9- động vô cấp 12- hình hiển thị TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 2-2015 Công nghiệp rừng 1.2 Một số thông số kỹ thuật máy CEVT - C25 Chiều dài bàn máy 1,2 m; khoảng chuyển động mẫu cắt 22 cm; động có cơng suất 1,5kW; biến tần iG5A , phạm vi thay đổi tần số 0.1 - 400Hz; kích thước mẫu cắt: lxbxh = 200x25x25 mm; tốc độ cắt điều chỉnh vơ cấp tùy theo tần số tương ứng (từ - 50Hz); bước ren trục vít me nâng hạ phơi: t = mm; góc cắt thay đổi 20÷50º Hình Giao diện hiển thị kết đo 3.1.3 Đề xuất phương án sở lý thuyết nâng cao hiệu sử dụng máy Để trình cắt máy diễn bình thường, khơng xảy tượng xước thớ, kẹt dao hay dừng cắt việc tăng tốc độ cắt giải pháp hiệu Vì tốc độ cắt nhỏ gây xước thớ kẹt dao Việc nâng cao tốc độ cắt thực cách tăng tỷ số truyền truyền bánh - tăng tần số làm việc cho động điện Sau cân nhắc hai giải pháp chọn giải pháp tăng tần số để tăng số vòng quay động cơ, tốc độ cắt phôi Việc nâng cao tần số động thực cách cài đặt lại phạm vi tần số làm việc biến tần, với phương án tần số làm việc tăng lên số vịng quay động tăng làm tăng tốc độ chuyển động (chính tốc độ cắt gỗ) Cơ sở khoa học phương án dựa vào mối quan hệ số vòng quay động tần số dòng điện sau: Vận tốc cắt gỗ tính tốc độ chuyển động răng, tính theo cơng thức 1: TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 2-2015 67 Cơng nghiệp rừng (1) Cơng thức tính số vịng quay động pha theo công thức 2: (2) Cài Fmax = 75Hz mục tiêu đặt (tăng tốc độ cắt lên 1,5 lần tại) Việc cài đặt lại tần số làm việc lớn của biến tần LS (iG5A) thực lệnh: + drv (trong driver group) ; + Frq (trong F/U group1) ; Trong đó: n số vịng quay; + H30 (trong F/U group2) ; p số cực; + I7, I8, I9, I10 (trong I/O group) s hệ số trượt Trình tự cài đặt sau: Từ cơng thức 2, ta có cơng thức (3) Như tăng tần số f tốc độ cắt v tăng lên Việc giảm tiêu hao lượng (cơng suất cắt) ngun liệu (thể tích mẫu cắt) trình cắt giải cách giảm chiều rộng mẫu chiều dài mẫu cắt Căn khoa học cho giải pháp dựa vào quan hệ kích thước phoi cắt, tốc độ cắt, tỷ suất lực cắt công thức 4, Hình Biến tần LS (iG5A) + Đóng nguồn điện cho biến tần + Nhấn phím lên vào drv nhấn enter lần N = P.V (kW) (4) P = K.B.h (N) (5) + Chỉnh giá trị enter hai lần để lưu giá trị N = K.B.h.V (kW) (6) + Nhấn mũi tên lên để tới Frq, nhấn enter Trong đó: N – cơng suất cắt (kW); P – lực cắt (N); V – tốc độ cắt (m/s); K – tỷ suất lực cắt N/mm2; B – chiều rộng phoi cắt (mm); h – chiều dày phoi cắt (mm) + Nhấn phím lên để điều chỉnh tới giá trị enter lần + Nhấn phím trái để chuyển sang hàm F, có F enter Như giảm chiều rộng phoi B lực cắt, cơng suất cắt N giảm xuống + Chuyển tới F 22 enter Ngoài vấn đề tăng cường độ ổn định mẫu trình cắt cịn thực cách hàn cứng dẫn hướng hệ thống gá phôi (trước dẫn hướng gá lắp vít) + Chuyển hàm F21 enter 3.1.4 Triển khai phương án nâng cao hiệu sử dụng máy a Cài đặt lại tần số làm việc lớn cho biến tần 68 + Cài lên tần số 75 enter lần + Cài lên tần số 75 enter + Nhấn phím phải để vào hàm H, thấy H enter + Chỉnh lên H 30 enter + Cài công suất lên 1,5 enter lần + Nhấn phím phải vào hàm I, có I enter TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 2-2015 Công nghiệp rừng + Chỉnh hàm I enter b Cải tạo lại khuôn gá mẫu + Chỉnh giả trị enter lần Khn gá mẫu trước cải tạo có đặc điểm: Kích thước máng gá mẫu: lxBxh = 200x25x25 mm; có trượt gắn với gá vít; rãnh trượt gắn với khung gá mẫu vít + Chỉnh hàm I enter + Chỉnh giả trị enter lần + Chỉnh hàm I enter + Chỉnh giả trị 10 enter lần + Chỉnh hàm I 10 enter + Chỉnh giả trị 75 enter lần Khuôn gá mẫu sau cải tạo có đặc điểm: Kích thước máng gá mẫu: lxBxh = 100x10x25 mm; rãnh trượt hàn cứng với khung gá mẫu hình Hình Khn gá mẫu gỗ sau xử lý 1- rãnh dẫn hướng hàn cứng với khung gá 2- rãnh lắp mẫu thay đổi kích thước c Khảo nghiệm máy Việc khảo nghiệm máy CEVT – C25 tiến hành cách cắt thử mẫu cắt theo dõi trạng thái trình cắt tốc độ cắt máy Khảo nghiệm cắt dọc với thông số sau: Loại gỗ: Bồ đề; kích thước mẫu: lxbxh = 100x10x25mm; độ ẩm mẫu: w = 18%; chiều dày cắt: 0.15mm; mức tần số thay đổi: từ 30Hz đến 75Hz Kết khảo nghiệm trình bày bảng Bảng Kết khảo nghiệm máy F (Hz) 30 40 50 60 75 V (m/p) 75 100 130 150 190 Trạng thái trình cắt Kẹt dao Kẹt dao Xước thớ, không kẹt dao Không xước thớ, không kẹt dao Khơng xước thớ, khơng kẹt dao TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 2-2015 69 Cơng nghiệp rừng Sản phẩm khoa học công nghệ độ cắt gấp 1,5 lần; Thay đổi kích thước gá mẫu Máy CEVT – C25 với thông số kỹ thuật gồm: Biến tần hoạt động với tần số lớn 75Hz; Kích thước mẫu cắt: lxbxh = 100x10x25 mm Sau xử lý, tốc độ cắt lớn tăng gấp 1,5 lấn so với trước Công suất cắt chi phí nguyên liệu gỗ giảm lần so với trước từ lxbx h = 200x25x25mm xuống lxbxh = 100x10x25mm Kết làm chi phí lượng điện chi phí nguyên liệu gỗ giảm dược lần Ngoài để tăng độ ổn định cho gá phơi, liên kết vít dẫn hướng thay mối hàn cứng Cần tiếp IV KẾT LUẬN Máy đo lực cắt CEVT - C25 Viện công nghiệp gỗ sử dụng năm 2010, thời gian gần máy bộc lộ số hạn chế như: Khi cắt thường gây tượng xước thớ, kẹt dao, điều làm sai lệch kết đo Khi cắt chiều rộng, chiều dài phơi cắt lớn dẫn đến hao tốn lượng nguyên liệu cách không cần thiết Các hạn chế nêu giải giải pháp sau: Mở rộng phạm vi làm việc cho biến tần cách tăng tần số làm việc cho động lên tới 75Hz, từ tăng tốc tục quan tâm tới giải pháp khác để tăng tốc độ cắt, độ ổn định mở rông phạm vi sử dụng máy TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Công Binh, Máy điện, Trường Đại học Bách khoa Tp HCM, 2012 Công ty CP thiết bị công nghệ CEVT, Tài liệu hướng dẫn máy đo lực cắt gỗ, 10/2009 Li Lê, Nguyên lý công cụ cắt gọt gỗ, Nhà xuất lâm nghiệp Trung Quốc, 3/2005 Hoàng Hữu Nguyên, Hoàng Xuân Niên, Máy thiết bị gia công gỗ – tập Nguyên lý cắt gọt gỗ vật liệu gỗ, Nhà xuất Nông nghiệp, Hà Nội 2005 Norman C Franz, Phân tích trình cắt gỗ, Ann Arbor, Michigan, November, 1957 UPGRADE THE EFFICIENCY IN USE CUTTING FORCE MEASURING MACHINE MODEL CEVT - C25 AT WOOD INDUSTRY COLLEGE VIETNAM FORESTRY UNIVERSITY Hoang Tien Duong SUMMARY Cuttting force measuring machine model CEVT - C25 at Wood industry college, Vietnam Forestry University had been used to determinate wood cutting force Nowaday, that machine let out two limitations as bellow: First, there are wood fibre scrapes, cutting tool stuck on working time, so the cutting force values are not true Second, the wide and length of wood samples are big, that cause energy ang material spend are increase, efficiency in use of machine CEVT - C25 is low This article introduce the solutions fore upgrading the quality and efficiency in use of machine, include: First, increase the electronic frequency of wood loading motor, so that the cutting speed had been raised, cutting process of the machine take place normally, science base this sollution is: when increasing the electronic frequency f, then the rounding speed of motor increased, at that time, wood cutting speed had been raised Second, decreasing energy and wood material spends in cutting proceed had solved by decreasing the wide and length of wood samples, science base this sollution is: as decreasing the wide and length of wood samples then cutting force, cutting power cuted down The research results show that: as increase the electronic frequency of wood loading motor from 50Hz to 75Hz, the cutting speed had raised 1.5 times, cutting process take place normally As decreasing the wide of wood sample from 25mm to 10mm (if the wide is too low then the stable of wood sample is low, it is not good) and the length of wood sample from 200mm to100mm then cutting section reduced 2.5 time and cutting length reduced time, at that time, the energy and wood material spends had been cuted down approximate time Keywords: Cutting force measuring, force measuring instruments, upgrade the efficiency, using the machine, wood cutting force Người phản biện Ngày nhận Ngày phản biện Ngày định đăng 70 : GS.TS Phạm Văn Chương : 14/3/2015 : 15/5/2015 : 09/6/2015 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 2-2015 ... KẾT LUẬN Máy đo lực cắt CEVT - C25 Viện công nghiệp gỗ sử dụng năm 2010, thời gian gần máy bộc lộ số hạn chế như: Khi cắt thường gây tượng xước thớ, kẹt dao, điều làm sai lệch kết đo Khi cắt chiều... độ cắt, độ ổn định mở rông phạm vi sử dụng máy TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Công Binh, Máy điện, Trường Đại học Bách khoa Tp HCM, 2012 Công ty CP thiết bị công nghệ CEVT, Tài liệu hướng dẫn máy đo lực. . .Công nghiệp rừng cao hiệu sử dụng máy; phương pháp triển khai khảo nghiệm máy III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết khoa học công nghệ 3.1.1 Cấu tạo nguyên lý làm việc máy CEVT - C25 Sơ đồ