Tính toán, thiết kế cơ cấu cắt gọt của thiết bị rút lõi gỗ dừa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - PHẠM QUANG TUẤN TÍNH TỐN, THIẾT KẾ CƠ CẤU CẮT GỌT CỦA THIẾT BỊ RÚT LÕI GỖ DỪA LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐỒNG NAI, 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - PHẠM QUANG TUẤN TÍNH TỐN, THIẾT KẾ CƠ CẤU CẮT GỌT 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 ĐỒNG NAI, 2012 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả luận văn Phạm Quang Tuấn ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án này, tơi xin chân thành bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Hồng Hữu Ngun tận tình hướng dẫn tơi suốt q trình thực đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn đến thầy, cô giáo, nhà khoa học thuộc Trường Đại học Lâm nghiệp nhiệt tình giúp đỡ tơi 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 viên Cơ sở Trường Đại học Lâm nghiệp hết lòng giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Qua đây, xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè động viên tạo điều kiện tốt để tơi hồn thành tốt q trình học tập hoàn thành luận văn Xin gửi lời cảm ơn chân thành 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 đề tài vi Danh mục bảng biểu vii Danh mục hình viii Mở đầu Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Chương TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Nghiên cứu sơ nguyên lý khoan rút lõi 1.1.1 Nguyên lý khoan vật liệu gỗ 1.1.2 Nguyên lý khoan rút lõi 1.2 Đối tượng gia công 15 1.2.1 Thông tin chung dừa 16 1.2.2 Cấu tạo tính chất dừa 17 1.2.2.1 Cấu tạo thô đại 17 1.2.2.2 Cấu tạo hiển vi 18 1.2.3 Tính chất vật lý gỗ dừa 20 1.2.3.1 Khối lượng thể tích 20 1.2.3.2 Tính hút nước 22 1.2.3.3 Tính co rút 22 iv 1.2.3.4 Tính dãn nở 24 1.2.3.5 So sánh tính chất vật lý thân dừa gỗ cao su, xà cừ 24 1.2.3.6 Độ ẩm nguyên liệu 26 1.2.4 Tính chất học 26 1.2.4.1 Giới hạn bền nén dọc thân dừa 26 1.2.4.2 Giới hạn bền nén ngang tiếp tuyến thân dừa 28 1.2.4.3 Giới hạn bền nén ngang xuyên tâm gỗ dừa 29 1.2.4.4 Giới hạn bền kéo dọc gỗ dừa 29 1.2.4.5 Giới hạn bền uốn tĩnh gỗ dừa 30 1.2.4.6 Modul đàn hồi uốn tĩnh gỗ dừa 32 1.2.4.7 So sánh vài tính chất học thân dừa với gỗ cao su , xà cừ 1.3 Bản chất trình khoan rút lõi dừa 1.4 Các sở lý thuyết tính bền áp dụng cho dao cắt kết cấu máy khoan rút lõi 1.5 Nguồn lực dẫn động dao máy khoan rút lõi, sở phương pháp chọn 32 35 50 52 Chương 2: NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 59 2.1 sở lý thuyết 59 2.1.1 lựa chọn suất làm việc hệ thống 59 2.1.2 Lựa chọn phương thức làm việc hệ thống 59 2.1.3 Định hướng thiết kế 60 2.2 Nghiên cứu thông qua thực nghiệm cắt 60 2.3 Thiết kế tính tốn chi tiết máy khoan rút lõi dừa 65 2.3.1 Sơ đồ nguyên lý chung từ ý tưởng thiết kế 65 2.3.2 Thiết kế tính tốn dao cắt 66 v 2.3.3.1 Các phương án bố trí lựa chọn hình dạng dao rút lõi 68 2.3.3.2 Thiết kế lựa chọn kết cấu lỗ phun áp lực để thoát phoi 74 2.3.3.3 Thiết kế lựa chọn bích dẫn khí nén xuống vùng gia công 75 2.3.3.4 Thiết kế lựa chọn ổ chứa dao 78 2.3.3.5 Thiết kế, lựa chọn pistong đẩy lõi khỏi thân dao, lấy lõi xong 80 2.3.3.6 Hoàn thiện kết cấu mặt bích ổ dao 82 2.3.3.7 Thiết kế , lựa chọn góc độ dao cắt 83 2.3.3.8 Tính tốn lực cắt tác dụng lên lưỡi dao thân dao 85 2.3.3.9 Kiểm tra bền cho kết cấu dao cắt 88 2.3.3.10 Bản vẽ hoàn chỉnh kết cấu dao cắt 89 2.3.3.11 Mô lắp ráp kết cấu dao cắt trình rút lõi 90 Chương 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 91 3.1 kết luận 91 3.2 Kiến nghị 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 PHỤ LỤC 94 Bản vẽ chế tạo chi tiết dao rút lõi 94 Kiểm tra sức bền dao 105 vi CÁC KÍ HIỆU DÙNG TRONG ĐỀ TÀI TT Ký hiệu Ý nghĩa b Chiều rộng lớp cắt F Lực ma sát trình cắt Hecta h Chiều dày lớp cắt M Momen n Số vịng quay N Cơng suất cắt Nz Lực dọc trục P Lực sinh trình khoan 10 Q Lực đẩy gỗ trình khoan 11 R Lực cắt tổng hợp 12 t Thời gian 13 u Tốc độ ăn dao (bước tiến dao) 14 uz Tốc độ ăn dao lưỡi cắt 15 u0 Tốc độ ăn dao vòng quay 16 V Tốc độ cắt 17 Vmax Tốc độ cắt tối đa 18 Vtb Tốc độ cắt trung bình 19 V0 Thể tích tương đối 20 α Góc sau dao cắt 21  Góc mài (góc sắc) dao 22  Góc trước dao 23  Góc cắt dao 24  Góc nghiêng dao vii 25 ϭ Ứng suất 26 ω Vận tốc vòng DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên Bảng Trang 1.1 Kết đếm bó mạch 17 1.2 Sự giảm dần mật độ bó mạch từ vỏ vào tâm 17 1.3 Mật độ bó mạch thân dừa 25 - 30 tuổi 19 1.4 Đường kính bó mạch thân dừa 25 – 30 tuổi 20 1.5 Khối lượng thể tích khơ kiệt gỗ dừa 21 1.6 Tổng hợp độ hút nước gỗ dừa 22 1.7 Tổng hợp kết tỷ lệ co rút gỗ dừa 22 1.8 Tổng hợp kết tỷ lệ dãn nở gỗ dừa 24 1.9 Một vài tính chất vật lý thân dừa, gỗ cao su, gỗ xà cừ 25 1.10 Độ ẩm trung bình thân dừa 26 1.11 Giới hạn bền nén dọc thân dừa 26 1.12 Giới hạn bền nén ngang tiếp tuyến thân dừa 28 1.13 Giới hạn bền nén ngang xuyên tâm gỗ dừa 29 1.14 Giới hạn bền kéo dọc gỗ dừa 29 1.15 Giới hạn bền uốn tĩnh gỗ dừa 30 1.16 Modul đàn hồi uốn tĩnh gỗ dừa 32 1.17 Một vài tính chất thân dừa , gỗ cao su xà cừ 32 1.18 So sánh tính chất gỗ dừa với TCVN 33 viii DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ Số hiệu Tên Biểu đồ Trang 1.1 So sánh khối lượng thể tích gốc, thân 21 1.2 Tỷ lệ co rút gỗ dừa vùng 23 1.3 Tỷ lệ co rút gỗ dừa vùng 23 1.4 Tỷ lệ co rút gỗ dừa vùng 24 1.5 Giới hạn bền nén gỗ dừa vùng 27 1.6 Giới hạn bền nén gỗ dừa vùng 27 1.7 Giới hạn bền nén gỗ dừa vùng 28 1.8 Giới hạn bền uốn gỗ dừa vùng 31 1.9 Giới hạn bền uốn gỗ dừa vùng 31 1.10 Giới hạn bền uốn gỗ dừa vùng 31 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số hiệu Tên Hình vẽ, đồ thị Trang 1.1 Nguyên lý khoan lỗ 1.2 Thông số góc khoan 1.3 Nguyên lý khoan rút lõi 1.4 Lỗ khoan bao tâm đá granite 10 1.5 Phần lõi đá lỗ khoan rút lõi đá granite hồng William Flinders Petrie tìm thấy vào năm 1881 10 104 105 106 107 108 109 PHỤ LỤC Kiểm tra sức bền dao Để đảm bảo dao làm việc lâu bền ổn định vật liệu phơi dừa có kích thước hình dáng biến thiên khoảng đó, ta tiến hành kiểm tra sức bền dao Với phơi liệu dừa có mặt cắt ngang khác nhau, yếu tố khách quan cắt phôi dừa đưa vào máy Với nguyên tắc kiểm tra sức bền tính tốn thủ cơng tốn thời gian không mang lại hiệu kinh tế, ta dùng phần mềm chuyên dụng để thực công việc Ở tác giả sử dụng phần mềm Ansys để phân tích  Trường hợp 1: Mặt cắt phơi dừa vng góc với đường tâm dao - Các lực tác dụng: momen xoắn,phản lực nén thân dừa tác dụng lên dao - Mơ hình tác dụng lực mô men: 110 111 - Kết quả: + Biến dạng dao: + Ứng suất dao: 112 - Giải thích kết quả: chịu tác dụng lực nén tâm momen xoắn nên dao bi biến dạng xoắn nén ( chuyển vị theo phương z) ,không xuất chuyển vị theo phương x,y  Trường hợp 2: Mặt cắt phôi dừa khơng vng góc với đường tâm dao, trường hợp phơi dừa đưa vào có mặt cắt bị nghiêng - Các lực tác dụng: momen xoắn lực nén lệch tâm mặt cắt phôi dừa nghiêng - Mơ hình tác dụng lực mơ men: 113 114 - Kết quả: + Biến dạng dao: + Ứng suất dao: 115 - Giải thích kết quả: tiếp xúc với mặt cắt phôi dừa lực tác dụng lên mũi dao không ngồi biến dạng theo phương trục dao bị biến dạng theo phương ngang - Kết luận: Như hai trường hợp, với mặt cắt ngang phôi dừa phẳng nghiêng chuyển vị lớn dao 0.028mm ứng suất lớn 7.8Mpa, chuyển vị nhỏ so với sai số cho phép cắt xong sản phẩm đồng thời với ứng suất cho phép vật liệu làm thân dao 331Mpa hệ số độ bền an toàn 42 lần Trong số trường hợp độ ẩm phơi dừa khác nhau, gặp trường hợp phơi dừa cứng tính tốn, để khơng tính tổng qt ta kiểm tra với lực cắt mô men tăng lên gấp lần so với tính tốn ban đầu  Trường hợp mặt cắt ngang phôi dừa phẳng: + Chuyển vị sinh ra: 116 + Ứng suất sinh ra:  Trường hợp mặt cắt ngang dừa bị nghiêng: + Chuyển vị sinh ra: 117 + Ứng suất sinh ra: - Kết luận: Với lực mô men tăng lên gấp đôi, kết cấu dao đảm bảo độ cứng độ bền  Kiểm tra độ bền riêng cho dao, ổ chứa dao: 118 + Biến dạng: + Ứng suất: ... thay gỗ sản xuất loại ván ép từ thân dừa tác giả định chọn đề tài “TÍNH TỐN, THIẾT KẾ CƠ CẤU CẮT GỌT CỦA THIẾT BỊ RÚT LÕI GỖ DỪA” làm đề tài nghiên cứu  MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Nghiên cứu khả cắt gọt. .. LÂM NGHIỆP - PHẠM QUANG TUẤN TÍNH TỐN, THIẾT KẾ CƠ CẤU CẮT GỌT 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... 150mm - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu trình cắt gọt trình rút lõi vật liệu thân dừa Thết kế tính toán lý thuyết cấu cắt gọt cho thiết bị rút lõi dừa với đường kính tối đa 150mm chiều sâu khoan