Tính toán thiết kế động học và động lực học của thiết kế bị nén chỉnh hình gỗ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - LÊ QUANG KHẢI TÍNH TỐN THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA THIẾT BỊ NÉN 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 - LÊ QUANG KHẢI TÍNH TỐN THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA THIẾT BỊ NÉN CHỈNH HÌNH GỖ CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT MÁY, THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ GỖ GIẤY Mà SỐ: 60.52.24 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS ĐẶNG ĐÌNH BƠI Đồng Nai, 2012 -1- MỞ ĐẦĿĊ ěĘ ľꌮŘŒĊōấŚĊŞŒœếŞĊōủŋĊđềĊŞꌡœĊ Sự bùng nổ dân số, với trình phát triển mặt kinh tế, xã hội, dẫn đến nhu cầu sử dụng đồ mộc trang trí nột thất sản phẩm gỗ ngày tăng Vì thế, q trình sản xuất địi hỏi khối lượng nguyên liệu ngảy nhiều Trong đó, khả cung cấp gỗ từ rừng tự nhiên ngày hạn chế, chí khơng thể cung cấp, định đóng cửa rừng tự nhiên Chính phủ Từ đó, khiến cho nguồn nguyên liệu ngành chế biến gỗ phải nhập khẩu, phải sử dụng cách có hiệu gỗ rừng trồng mọc nhanh Đồng thời, cần phải triệt để tận dụng phế liệu gỗ sản xuất Lâm nghiệp, bao gồm gỗ tỉa thưa, cành ngọn, gãy đỗ khai thác rừng trồng lõi gỗ sau bóc ván mỏng Hiện nay, loại thứ phế liệu thường làm chất đốt bỏ phí Vì vậy, nghiên cứu sử dụng gỗ rừng trồng mọc nhanh thứ phế liệu sản xuất lâm nghiếp nói làm nguồn cung cấp nguyên liệu cho sản xuất sản phẩm mộc trang trí nội thất cần thiết Gỗ rừng trồng có nhiều ưu điểm sinh khối lớn, suất cao, chu kỳ khai thác ngắn, số lồi có khả tái sinh mạnh Nhưng, gỗ rừng trồng mọc nhanh hầu hết có độ bền tự nhiên kém, tính chất học khơng cao, khối lượng thể tích thấp dễ bị vi sinh vật phá hại Gỗ tỉa thưa, cành ngọn, lõi gỗ bóc, có điểm chung lả đường kính nhỏ, chất lượng gỗ kém, độ bền học thấp Để sử dụng gỗ rừng trồng mọc nhanh, lõi gỗ bóc, cành ngọn, gỗ nhỏ tia thưa có đường kính nhỏ, nguồn ngun liệu ổn định có độ bền đạt yêu cầu sản xuất sản phẩm gỗ cần phải nâng cao tính chất học độ bền tự nhiên chúng Vấn đề giải cách nâng cao khối lượng thể tích gỗ Bởi vì, khối lượng thể tích tỷ lệ thuận với cường độ chịu lực phản ánh tương đối toàn diện cho tính chất học vật liệu Một -2- giải pháp kỹ thuật để nâng cao khối lượng thể tích gỗ sử dụng cơng nghệ biến tính Từ trước đến nay, cơng nghệ thường thực cách nén gỗ (nén mặt) để làm giảm chiều dày, qua nâng cao khối lượng thể tích Như vậy, muốn ứng dụng cơng nghệ này, cần phải có gỗ đường kính lớn để xẻ cách hiệu Nhưng, sau xẻ để lại lượng đáng kể phế liệu khơng sử dụng Cịn trường hợp gỗ trịn phế liệu có đường kính nhỏ nói trên, xẻ thành thanh, xẻ không hiệu Vì thế, khơng ứng dụng cơng nghệ biến tính theo phương thức nén mặt để nâng cao độ bền tính chất học mà cần sử dụng cơng nghệ biến tính theo phương thức nén khác để biến dạng gỗ trịn có đường kính nhỏ, độ bền tự nhiên thấp trở thành nguồn nguyên liệu có tiết diện ngang hình vng chữ nhật độ bền tự nhiên đáp ứng yêu cầu cần thiết nguyên liệu sản xuất sản phẩm mộc dân dụng, ván ghép trang trí nội thất Đồng thời không tạo phế liệu không ảnh hưởng xấu đến môi trường Tuy nhiên, để triển khai cơng nghệ nén gỗ trịn đường kính nhỏ thành gỗ có tiết diện ngang hình vng thực tế cịn hạn chế khơng có máy thiết bị để phù hợp để sử dụng Từ phân tích trên, chúng tơi đề xuất thực đề tài: “Tính toán, thiết kế động học động lực học thiết bị nén chỉnh hình gỗ” ĜĘĊĐốœĊŞượŘőĖĊŗụōĊđꌮōŒĖĊŘộœĊŎşŘőĊŠꌡĊŚŒươŘőĊŚŒꌢŚĊŘőŒœꌫŘĊōứşĊ a Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài tính tốn thiết kế động học động lực học thiết bị nén chỉnh hình gỗ nghiên cứu tổng quan tài liệu, lý thuyết kết hợp với thực nghiệm để nén tiết diện gỗ tròn thành gỗ có tiết diện hình vng chữ nhật -3- b Mục đích nghiên cứu Xác định thơng số thiết kế chế tạo máy nén chỉnh hình gỗ, làm sở cho nghiên cứu chế tạo máy nén chỉnh hình gỗ, ngành chế biến gỗ c Nội dung nghiên cứu - Khảo sát tình hình nguyên vật liệu chủng loại sản phẩm.Ċ - Xác định sơ đồ nguyên lý hoạt động máy nén chỉnh hình gỗ - Thiết kế tình tốn thơng số động học động lực học máy nén chỉnh hình gỗ d Phương pháp nghiên cứu Đề tài thực phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm - Phương pháp lý thuyết - Phương pháp thiết kế máy công cụ - Phương pháp chuyên gia - Kiểm nghiệm thân máy phay phần mềm cơng nghiệp - Phân tích đánh giá kết -4- ĭŒươŘőĊěĊ TỔĸıĊĻĿīĸĊŀỀĊŀẤĸĊĐỀĊĸıIJijꌋĸĊĭỨĿĊ Ċ Trong công nghệ chế biến gỗ, nâng cao tính chất học khả chống chịu với môi trường sử dụng mục đích cơng nghệ biến tính gỗ Do vậy, luận án cơng nghệ nâng cao tính chất lý gỗ hiểu cơng nghệ biến tính gỗ ěĘěĘĊĭꌕĸıĊĸıIJỆĊĬijẾĸĊľꌎĸIJĊıỖĊ Có hai trường phái biến tính gỗ chủ yếu là: a Cơng nghệ biến tính gỗ - làm thay đổi chủ yếu chất gỗ mà trình xử lý gỗ hồn tồn hố chất sinh hoá lượng cực mạnh lượng hạt nhân, sóng điện từ để làm tác nhân thay đổi đáng kể cấu trúc tế bào, thành phần chất gỗ (khi lượng gỗ không thay đổi thay đổi khơng đáng kể lại có thay đổi lớn chất) Theo quan điểm này, số nhà khoa học nhiều nước khối EU cho đạt mục tiêu nâng cao độ bền tự nhiên gỗ (chống nấm mốc, côn trùng phá hoại) mà cần lượng không nhiều hóa chất tẩm vào gỗ để bảo quản gỗ coi cơng nghệ biến tính gỗ [23] b Cơng nghệ biến tính gỗ - làm thay đổi lượng gỗ mà thường thay đổi mật độ vật chất gỗ đơn vị thể tích mà khơng thay đổi thay đổi khơng đáng kể cấu trúc gỗ [22] Với quan điểm khối lượng thể tích gỗ đại lượng đặc trưng cho đặc điểm, tính chất gỗ Từ đại lượng mà ta ước đoán khả chịu lực vật liệu gỗ nguyên liệu gỗ biến tính Cũng theo ngun tắc đó, ngun lý thực tế cơng nghệ biến tính gỗ theo hai hướng là: -5- - Giữ nguyên khối lượng gỗ mà giảm thể tích; ngun lý biến tính nhiệt sản phẩm gỗ nén - Tăng khối lượng gỗ cách bổ sung vào gỗ lượng vật chất định giữ ngun giảm thể tích; ngun lý biến tính hố/hố sản phẩm đặc trưng cho sản phẩm gỗ tẩm, gỗ cường hoá, polime hoá gỗ ěĘĜĘĊķỘľĊĽỐĊĶĹẠijĊIJꌍĸIJĊĽẢĸĊĺIJẨķĊıỖĊĬijẾĸĊľꌎĸIJĊ ěĘĜĘěĘĊıỗĊŘꌪŘĊ Gỗ nén sản xuất theo phương pháp sử dụng đặc tính rỗng xốp gỗ để dồn nén gỗ làm cho có mật độ lớn đơn vị thể tích, tức làm tăng khối lượng thể tích gỗ từ tăng độ cứng vật liệu Gỗ nén sản phẩm cịn có tên gọi: Lignstone chủ yếu sử dụng làm thoi dệt, ống sợi, tay nắm công cụ, chế tạo chi tiết có khả chịu mài mịn, tự bơi trơn chi tiết máy ô tô, máy nông nghiệp Nhược điểm gỗ nén điều kiện ẩm ướt kích thước khơng ổn định có khả đàn hồi trở lại [31] ěĘĜĘĜĘĊıỗĊŞẩŗĊŕŏřĊ Để khắc phục nhược điểm gỗ nén, nhà khoa học nghiên cứu đưa vào gỗ số chất hố học nhằm ổn định hình dạng kích thước sản phẩm đồng thời tăng cường độ chịu lực; loại hình sản phẩm đơn giản sử dụng hoá chất gỗ ngâm tẩm (Impreg) [37] hay gọi gỗ tẩm keo Loại hình sản phẩm khơng thấm nước có ưu điểm rõ hệ số co giãn kích thước nhỏ, nhiên để đạt điều phải sử dụng lượng hóa chất khơng nhỏ q trình sản xuất Ċ Ċ Ċ -6- ěĘĝĘĝĘĊŀꌢŘĊꌪŚĊŖớŚĊĊĊ Có loại hình sản phẩm từ gỗ mà tính dị hướng không đáng kể tác dụng độ ẩm khơng lớn tới tính chất gỗ biến tính, ván ép lớp (Compreg) [29] Người ta sử dụng phương pháp xếp ván mỏng tráng keo ép Ván ép lớp sản phẩm có nhiều ưu điểm như: kích thước ổn định, giữ vân thớ tự nhiên gỗ, khả trang sức cắt gọt tốt dán lên bề mặt gỗ cách dễ dàng Khả chịu nhiệt độ cao, chống sâu nấm côn trùng hại gỗ tốt giá thành gỗ tương đối cao phí q lớn cho hóa chất thiết bị kèm theo ěĘĜĘĞĘĊıỗĊōườŘőĊŒřꌢĊ Ở nước Đức cơng bố tài liệu nói gỗ cường hố (Dentified) vào năm 1930 [22] Đó loại hình gỗ biến tính cách đưa số kim loại vào tế bào gỗ để tăng khối lượng thể tích gỗ đồng thời tăng khả chịu mài mịn vật liệu Cũng lý gỗ có tẩm kim loại cơng nghệ phức tạp mà mức độ phạm vi sử dụng gỗ cường hố khơng rộng, sử dụng vào trường hợp đặc biệt chi tiết máy không sử dụng sản xuất đồ mộc dân dụng ěĘĜĘğĘĊĺřŖţŗŏĊŒřꌢĊőỗĊ Khi ta sử dụng hydratcarbon không no chất đa tụ phân tử lượng thấp, sau đa tụ sơ ta dùng phương pháp chiếu xạ gia nhiệt xúc tác để cung cấp lượng cho chúng đa tụ tiếp gỗ ta sản phẩm gọi Gỗ-Polime hay cịn gọi sản phẩm polime hố gỗ (WPC) [9], [38] Vintorg loại sản phẩm WPC chế tạo từ lồi gỗ khó tẩm hố chất Thông qua việc áp dụng công nghệ xử lý vi sóng tạo nên “kênh” dẫn hố chất tẩm vào gỗ; Phơi gỗ sau tẩm hố chất qua “kênh” dẫn ép nhiệt để đạt tới kích thước mong muốn -7- q trình dung dịch tẩm - chứa vào kênh dẫn nhờ trình xử lý vi sóng - đóng rắn lại [20] ěĘĝĘĊķỘľĊĽỐĊĭꌕĸıĊĸıIJỆĊĬijẾĸĊľꌎĸIJĊıỖĊĭIJỦĊŃẾĿĊ v ĭꌵŘőĊŘőŒệĊŌœếŘĊŞꌮŘŒĊŘꌪŘĊꌪŚĖĊŘŒœệŞĊ៟ĊŘőꌣŗĊŞẩŗĊ a Cơng nghệ biến tính gỗ nhiệt - Sản phẩm công nghệ gỗ nén sử dụng phương pháp biến tính nhiệt - tức dùng tác nhân làm mềm gỗ nhiệt ẩm sau dùng máy ép để nén chặt gỗ lại Biện pháp cơng nghệ gây tác hại đến mơi trường Tuy nhiên sản phẩm có tồn cần phải khắc phục hút ẩm đàn hồi trở lại gỗ biến tính trình sử dụng Khi tăng mức độ nén gỗ, độ bền gỗ tăng lên mà không phụ thuộc vào phương pháp nén Rất nhiều nhà khoa học Liên Xô (cũ) nhiều trường đại học, Viện nghiên cứu điển hình có nghiên cứu P.N Khukhranski nhiều cơng trình nghiên cứu gỗ nén từ loại gỗ kim vào năm 1930 -1990 khẳng định rằng: Trước nén ép gỗ, chúng phải làm mềm môi trường nước bão hoà gỗ luộc trước gỗ xử lý 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 [31], [33] Tuỳ theo mục đích sử dụng vật liệu mà người ta ép gỗ theo kiểu ép phẳng hay ép trục; ép phẳng có trường hợp ép hở (ép mặt) ép kín (ép mặt), kiểu ép hở ta sử dụng loại hình nén gỗ rulơ dùng cho vật liệu có dạng tấm, Đối với sản phẩm có tiết diện trịn trục chịu lực ta dùng kiểu ép trục trịn kín, dùng vào mục đích làm bạc đỡ nén trục rỗng [28] Và thời gian đầu kỷ 21, công nghệ biến tính gỗ phương pháp nhiệt lại nghiên cứu kỹ lưỡng ứng dụng nhiều công nghiệp đồ mộc dân dụng Trong hội thảo biến tính gỗ Hội khu vực châu Âu có nghiên cứu ứng dụng cơng việc biến tính gỗ -8- phương pháp biến tính nhiệt để nâng cao tính chất học khả chống chịu môi trường gỗ như: Tác giả C.R Welzbacher cộng (2005) [25] nghiên cứu sử dụng phương pháp nhiệt – để tăng khả chống chịu với môi trường (chống nấm Soft-rotting micro-fungi), nâng cao cường độ chịu uốn - MOR khả ổn định kích thước gỗ Norway Spruce Tác giả W Scheiding cộng (2005) [24] nghiên cứu sản xuất dụng cụ thể thao phương pháp xử lý nhiệt số loài gỗ châu Âu như: European Beech, Scots Pine, Norway Spruce, European Ash b Cơng nghệ hóa nhiệt Cơng nghệ hóa nhiệt cơng nghệ sản xuất gỗ biến tính u cầu phải có thiết bị áp lực hai khâu cơng việc tẩm hóa chất ép nhiệt Tác giả Nguyễn Trọng Nhân (1998) [9] nghiên cứu cơng nghệ tẩm hố chất dung dịch P-F 33%, ép nhiệt để tạo phôi thoi dệt từ gỗ Vạng trứng; Nồng độ độ nhớt dung dịch tẩm BZ4: 28s; Kích thước sản phẩm 36 x 5,5 x 7,6 cm3 độ ẩm 12%, chế độ ép phụ thuộc vào mức độ tẩm, mức độ nén, áp lực nén Tỉ trọng gỗ biến tính đạt tới 0,9g/cm3; số tác giả khác Trường ĐH Công nghiệp rừng Voronhet lại sử dụng urê làm tác nhân hố dẻo gỗ cịn khâu ép nhiệt thực chức nén chặt gỗ làm mềm cố định kích thước gỗ biến tính [34] Ván ép lớp: Tính chất gỗ nâng cao nhờ xử lý hoá học Gỗ tẩm hoá chất nâng cao khả bền vững với mơi trường bên ngồi Và phương pháp nâng cao tính chất kỹ thuật gỗ xử lý nhiệt có tác động áp lực, phương pháp dựa khả dẻo hoá gỗ Khi gỗ mềm, dẻo hoá, tác động áp lực gỗ bị biến dạng nén lại, có giảm khoảng cách tế bào, ép, uốn vách tế bào, giảm thể tích tế bào có trượt vách tế bào lên Tuy nhiên, việc sử dụng gỗ - 85 - Tại thời điểm xét, lề A ăn khớp, lề B vào ăn khớp theo hướng V1 vớ đĩa xích C Tại A, vận tốc tức thời (V) chốt xích vận tốc tức thời đĩa xích qua tâm chốt lề A Theo nguyên tắc hình bình hành lực ta phân tích V thành thành phần V1 vng góc V2 song song với xích Ta có: Trong đó: - V1 = 0,5w1d1 sin q ; (3.49) V2 = 0, 5w1d1 cos q ; (3.50) - j2 j £q £ 2 ; j1 j , ứng với thời điểm lề A bắt đầu vào ăn khớp, ứng với thời 2 điểm B vào ăn khớp Trong trình chuyển động vận tốc đĩa xích ω khơng thay đổi, vận tốc V1 V2 thay đổi theo chu kỳ t = j1 (hình 2.45b) w1 Tương tự ta phân tích đĩa xích bị dẫn với j2 = 2p z2 Ta có: Trong đó: V '1 = 0,5w1d1 sin b ; (3.51) V '2 = 0,5w1d1 cos b ; (3.52) - j2 j £b £ 2 ; Từ (3.50),(3.51), (3.52), (2.55), ta suy tỉ số truyền tức thời sau: ut = w1 d cos b = w2 d1 cos q ut : đại lượng thay đổi theo thời gian (3.53) - 86 - ĝĘĝĘĜĘĊĊĐộŘőĊŖựōĊŒọōĊŌộĊŞŜşţềŘĊŢꌮōŒĊ Hình 3.26 - Lực tác dụng lên truyền xích - Khi chưa làm việc, trọng lượng thân, dây xích bị kéo căng lực căng ban đầ F0 Lực F0 tính gần theo cơng thức: F0 = mx.ky; Trong đó: (2.57) mx : khối lượng nhánh xích, (kg) ky hệ số kể đến vị trí truyền, ky = truyền nằm ngang, ky = 10 truyền thẳng đứng - Khi có tải trọng trục I trục II, xuất lực vịng Ft: Ft = Ta có: 2M M = d1 d2 (2.58) Áp dụng công thức xác định lực vịng có ích với cơng suất P : Ft = 1000 P 1000.P2 1000.2,507 = = = 3342, ( N ) v v 0, 75 Với: M M mô men xoắn trục I trục II Lúc lực căng nhánh căng: Fc = F0 + Ft ; (2.59) Lực căng nhánh trùng: Fkh = F0 ; (2.60) - 87 - Ta có mối liên hệ lực nhánh căng lực nhánh trùng với lực vòng Ft sau: Ft = Fc - Fkh ; (2.61) - Khi đĩa xích quay, dây xích bị ly tâm tách xa khỏi đĩa xích Trên nhánh xích chịu thêm lực căng phụ: Fv = qm v ; (2.62) Với: qm khối lượng mét xích v: vận tốc vịng (m/s) Lúc nhánh xích căng có lực: Fc = F0 + Ft + Fv; Trên nhánh trùng có lực: Fkh = F0 + Fv - Ngồi ra, chuyển động có gia tốc, dây xích cịn chịu lực qn tính Fđ, gây va đập hai nhánh xích Fđ tính gần theo cơng thức: Fd = mx ax max ; (2.63) ax max : gia tốc lớn dây xích mx : khối lượng nhánh xích, (kg) - Lực tác dụng lên trục ổ mang truyền xích lực hướng tâm Fr, có phương vng góc với đường trục đĩa xích, có chiều kéo hai đĩa xích lại gần Giá trị Fr tính sau: Fr = Km.Ft (2.64) Theo công thức 5.19 trang 176 [6]: Fr = Km.Ft = 1,15x3342,6 = 3844 (N) Trong đó: Km hệ số kể đến trọng lượng dây xích Lấy Km = 1,15 góc nghiêng đường nối tâm hai trục với phương ngang nhỏ 40o; Km = góc nghiêng đường nối tâm hai trục với phương ngang từ 40o đến vị trí thẳng đứng - 88 - ĝĘĞĘĊĐỘĸıĊĶỰĭĊIJỌĭĊĭỦīĊĬỘĊľļĿŃỀĸĊĬ᠊ĸIJĊļĂĸıĊľļỤĊļĂĸıĊľIJẲĸıĊ Theo phương án truyền động cấu máy nén ta chọn cấu truyền động ăn khớp bánh thẳng theo sơ đồ ăn khớp hình (3.27) Theo kết tính tốn thiết kế truyền bánh trụ thẳng ta có: Chọn z4 = 20 răng, z5 = 2,5.20 = 50 + Đường kính vịng chia: d4 = mz4 = 20.6 = 120 (mm) d5 = mz5 = 50.6 = 300 (mm); + Khoảng cách trục: CT 6.71 trang 232 [3]: m.z4 (1 + ubr ) 6.20.(1 + 2,5) = = 210 mm → aw = 2 Hình 3.27 - Sơ đồ ăn khớp cặp bánh máy ép Hình 3.28 - Lực tác dụng lên truyền bánh - 89 - v Động học động lực học truyền bánh + Tỷ số truyền: u= + Vận tốc vòng : v = n1 z2 = ; n2 z1 p d n4 3,14.120.2,84 = = 0,0178 (m / s) 60000 60000 Với v = 0,0178 < m/s tra bảng 6.3 trang 204 [6] ta chọn cấp xác với vận tốc vòng giới hạn vgh = (m/s) Hình 3.29 - Động lực học truyền bánh thẳng Khi bánh dẫn tác động vào bánh dẫn lực Fn ngược lại bánh bị dẫn tác động lên bánh dẫn lực pháp tuyến Fn1 (hình 3.29) Tải trọng danh nghĩa truyền bánh cơng suất N mô men xoắn T1, T2 ghi nhiệm vụ thiết kế Từ ta tính lực tiếp tuyến Ft vòng tròn lăn, lực pháp tuyến Fn tác dụng mặt Ft = 2T1 2T2 = d1 d2 (2.65) - 90 - - Lực vòng: Ft = Fn = 2.T2 2.6298292,6 = = 104971,5 ( N ) d2 120 Ft cosa cos b (2.66) Trong đó: Ft lực tiếp tuyến (hay lực vòng) Fn: lực pháp tuyến với mặt α: góc ăn khớp Lực pháp tuyến Fn nằm mặt phẳng pháp trùng với mặt phẳng ngang, ta phân tích thành hai thành phần lực vịng Ft lực hướng tâm Fr (hình 3.29) Fn1 = Fn2: Ta có: Fn1 = Fn = Ft1 ; cos aw (2.67) Trong đó: aw góc ăn khớp mặt phẳng pháp Lực vòng bánh dẫn bánh bị dẫn: Ft1 = Ft = 2T1 ; dw1 Lực hướng tâm bánh dẫn bị dẫn Fr1 = Ft1tgaw = Fr ; Theo tính tốn thiết kế truyền bánh trụ thẳng ta có: - Lực hướng tâm: Fr = Fr1 = Fr2 =Ft tgα = 104971,5.tg20o = 34107,3 (N) Trong α = 200 góc ăn khớp mặt phẳng pháp tuyến ĝĘğĘĊĐỘĸıĊIJỌĭĊŀ᠉ĊĐỘĸıĊĶỰĭĊIJỌĭĊĬỘĊľļĿŃỀĸĊľļỤĭĊŀꌎľĊķįĊ ĐīijĊỐĭĊ Nếu ta gọi Q thành phần lực dọc trục thẳng đứng tác dụng lên trục vít me, ta cần tính mơ men Mr cần thiết để vặn cho trục vít chuyển động lên (siết vào) hay nới lỏng (hình 3.30).Ċ - 91 - Hình 3.30 - động lực học truyền trục vít – đai ốc Theo cấu truyền động máy ép dùng trục vít đai ốc ren vng góc nghiêng mặt phẳng góc nâng sườn ren trục vít (hình 3.30) vặn trục vít (đai ốc) lên hany di xuống, nhờ lực đẩy P : P = Q.tg (a ± j ) Với (2.68) Khi tác động vào đai ốc lực Mr để vặn đai ốc tương đương với việc tác động vào đai ốc lực đẩy năm ngang P với: M r = Prtb ; (2.69) Vậy ta có mơ men để vặn đai ốc là: M r = Qrtbtg (a ± j ) ; (2.70) Ta có mối liên hệ vận tốc góc ω (rad/s) số vịng quay n (vg/ph) khâu liên quan với vận tốc v (mm/s) khâu chuyển động tịnh tiến sau: w= 2p v ; ps z1 n= 60v ; ps z1 - 92 - Trong đó: ps bước ren, (mm) z1 số đầu mối vít ren Tỷ số truyền tuyền tỷ số vận tốc dài vịng quay vịng vơ lăng ( sv ) truyền chuyển động cho trục vít làm cho đai ốc chuyển động đoạn ( sd ) u= sv p dv = ; sd ps z1 Trong đó: dv đường kính vịng vơ lăng Khi chuyển đổi chuyển động quay trục vít thành chuyển động tịnh tiến đai ốc mơ men xoắn T(N.mm) khâu dẫn xác định sau: T = Fa Trong đó: d2 tg (g + r ') ; Fa lực dọc trục (hay lực xiết V đai ốc) d đường kính trung bình ren g góc nâng sườn ren r ' góc ma sát tương đương cặp ren vít ĝĘĠĘĊľꌎĸIJĊľĹ᠊ĸĊĐỘĸıĊIJỌĭĊŀ᠉ĊĐỘĸıĊĶỰĭĊIJỌĭĊĭỦīĊĭƠĊĭẤĿĊꌊĺĊ a) Khuôn ép tiếp xúc điểmĊ Ċ b) Khuôn ép tiếp xúc đường Hình 3.31 - Cơ cấu phận ép phơi - 93 - ĊĊĊĊĝĘĠĘěĘĊĺŒꌣŘĊŞꌮōŒĊŖựōĊ Các thí nghiệm phân tích lực, tính tốn chương áp dụng cho trường hợp ép mặt cấu tạo hai mặt bàn kép Mẫu gỗ thí nghiệm trịn Mẫu gỗ đặt vào khuôn, mô theo (hình 3.31b), vị trí tiếp xúc khn ép gỗ A, B, C, D tiếp xúc điểm theo tiết diện ngang gỗ Biến dạng thời điểm ban đầu Khi lực P1 P2 tác dụng vào mẫu, mẫu chịu tác dụng điểm A , B , C , D ; tất lực tương tự đối xứng với nên gia tăng lực ép P1 P2, lúc tiếp xúc điểm phôi má ép dần chuyển sang tiếp xúc đường (hình 3.31b) Theo phương thức nén thành phần lực P1, P2, P1’, P2’, nén phần tử gỗ theo hướng vào tâm - Khi gỗ làm mềm chịu nén, tác dụng lực P1; P2 phần tử gỗ chuyển dịch hai phía điểm tác dụng lực A, tạo biến dạng (hình 3.31b) Tiếp xúc mẫu khn ép từ dạng đường thẳng dần trở thành tiếp xúc mặt, xét vị trí mặt cắt ngang tiếp xúc đường có chiều dài l Gọi đoạn thẳng tiếp xúc mẫu khuôn mặt cắt ngang l lực phân bố toàn đoạn biến dạng đoạn thẳng l lực thành phần lực phân bố q1; q2; q’1; q’2; - Phân tích tất lực q theo hướng bán kính tiếp tuyến với mặt cắt ngang ta nhận thấy phần tử gỗ có xu hướng bị đẩy theo chiều hướng tâm tiếp tuyến xuống phía đường nằm ngang qua tâm mẫu Theo đó, Trên tiết diện ngang gỗ phân thành vùng chịu lực khơng rõ rệt là: - Vùng chịu nén hướng tâm, tập trung đại diện điểm A, B, C, D; - 94 - - Vùng chịu nén (chèn ép) tiếp tuyến, tập trung đại diện cung AB, BC, CD, DA; - Vùng chịu nén hướng tâm tiếp tuyến, tập trung đại diện điểm E, F, G, H ĝĘĠĘĜĘĊĺŒꌣŘĊŞꌮōŒĖĊŞꌮŘŒĊŞřꌢŘĊŌœếŘĊŎạŘőĊŞŒŏřĊŞœếŞĊŎœệŘĊŘőŋŘőĊĊ 3.6.2.1 Phân tích lực biến dạng theo phương hướng tâm Ta coi mẫu gỗ sử dụng làm thí nghiệm phân tích lực có tiết diện ngang trịn với bán kính R coi phân bố vật chất tồn diện tích; mẫu gỗ tiếp xúc đều, đối xứng - Lực ép P tác dụng lên gỗ tạo lực thành phần tác động lên gỗ điểm A, B, C, D, khn ép có mặt ép độc lập có độ nhẵn cao Lực tác dụng chủ yếu gây nên biến dạng gỗ lực hướng tâm theo phương bán kính mẫu gỗ điểm A, B, C, D lực Q1, Q2, Q3, Q4 Ta tiến hành phân tích biến dạng gỗ chịu tác động chủ yếu lực Q1 - Khi lực P = 0, biến dạng điểm A, B, C, D = (Hình 3.31a) - Tăng lực P > 0, diện tích bề mặt tiếp xúc thay đổi tăng lên tỷ lệ với theo P (Hình I 3.32) Những phần tử tiếp xúc với khuôn A, Q1 K E H B, C, D bị nén chuyển dịch vào phía theo q phương tác dụng lực Mẫu gỗ bị biến dạng, diện tích phần gỗ bị nén có hình viên phân R O Khi lực P tăng đến trị số đấy, tiết diện hình trịn mẫu mẫu bị nén, chuyển thành hình vng Hình vng cịn lại sau bị nén có diện tích lớn hình vng nội G F Hình 3.32 - Phân tích biến dạng tiết diện ngang - 95 - tiếp đường trịn mặt cắt ngang mẫu; Tính đến thời điểm đó, diện tích tiếp xúc gỗ khn tăng lên áp suất nén tăng theo Khi biến dạng tăng lên tỷ suất nén giảm Nếu ta tiếp tục nén hình vuông nhỏ dần, lực tác dụng tăng lên, biến dạng tăng theo tỷ suất nén tăng 3.6.2.2 Tính lực phơi nén thành hình vng nội tiếp hình trịn phơi gỗ - Phần diện tích bị biến dạng diện tích hình viên phân Diện tích hình viên phân điểm A tạo hai bán kính hợp với góc q (q biến đổi từ - p/4) cung trịn chắn góc q Trong trường hợp nén thay đổi hình dạng từ hình trịn thành hình vng nội tiếp lực lớn biến dạng đạt tới diện tích hình viên phân Q1HE - Lấy diện tích dS hình viên phân cực nhỏ SIQK giới hạn cung IQ1K dây cung IK Gọi diện tích hình quạt giới hạn bán kính IO, OK cung IQ1K Squạt IQ1K gọi diện tích hình tam giác IOK SDIKO; Ta có diện tích hình viên phân dS cần tìm tính sau: dS = Squạt IKO - SDIKO = 2(Squạt IEO - SDIHO) = 2R2dq - IH.HO dS = 2R2dq - RSinq.RCosq = R2(2dq - Sindq.Cosdq) Diện tích hình viên phân là: p /2 S=ị dS = R ò p /4 (2dq - Sindq Cosd q ) (2.71) Giải công thức 5.1 có: R2 S= (q - Sinq ) (2.72) - 96 - ĝĘġĘĊĵẾľĊĭẤĿĊľỔĸıĊľIJỂĊĭỦīĊķ᠊ŃĊĸꌊĸĊĭIJỈĸIJĊIJꌍĸIJĊıỖĊ Hình 3.33 – Mơ hình máy nén chỉnh hình gỗ - 97 - Hình 3.34 – Bản vẽ chế tạo - 98 - Hình 3.35 – Bản vẽ chế tạo - 99 - KẾľĊĶĿẬĸĊŀ᠉ĊĵijẾĸĊĸıIJỊĊ v KếŞĊŖşậŘĊōŒşŘőĊ Ċ ĕĊQua tính tốn động học động lực học thiết bị máy nén, thơng qua phân tích động học động lực học phục vụ cho trình tính tốn thiết kế máy xác rõ ràng + Phân tích, tính tốn lý thuyết kết hợp với chế tạo thử nghiệm thực tế tạo độ tin cậy cao hơn, mang tính khả thi + Việc sử dụng phần mềm trợ giúp cho q trình tính bền mô động học điều tiện lợi Xác định nhanh toán sức bền (ứng suất, biến dạng…) làm giảm thời gian cho q trình nghiên cứu + Luận văn tính tốn khảo sát thông số động học máy nén khảo sát nghiên cứu tốn bản, cịn nhiều toán phức tạp khác liên quan như: ảnh hưởng rung động, nhiệt, … sử dụng công nghiệp nặng v ĐềĊŢşấŞĊŒướŘőĊŘőŒœꌫŘĊōứşĊ + Nghiên cứu ứng dụng phần mềm vào tính bền, mơ q trình biến dạng lực, nhiệt, kết cấu, chi tiết máy có hình dạng phức tạp, chi tiết máy làm việc môi trường đặc biệt…., đạt hiệu cao việc tính tốn thiết kế máy + Phân tích cụ thể, tỉ mỉ khả kháng nén tính vật liệu cụ thể, giúp cho việc thính tốn thiết kế máy xác đạt hiệu cao + Nghiên cứu, ứng dụng phần mềm mô tính tốn động học, tính bền kiểm nghiệm chi tiết máy để phục vụ cho thiết kế chế tạo ... DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - LÊ QUANG KHẢI TÍNH TỐN THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA THIẾT BỊ NÉN CHỈNH HÌNH GỖ CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT MÁY, THIẾT... thiết kế động học động lực học thiết bị nén chỉnh hình gỗ? ?? ĜĘĊĐốœĊŞượŘőĖĊŗụōĊđꌮōŒĖĊŘộœĊŎşŘőĊŠꌡĊŚŒươŘőĊŚŒꌢŚĊŘőŒœꌫŘĊōứşĊ a Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài tính tốn thiết kế động học. .. nguyên lý hoạt động máy nén chỉnh hình gỗ - Thiết kế tình tốn thơng số động học động lực học máy nén chỉnh hình gỗ d Phương pháp nghiên cứu Đề tài thực phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với