Nghiên cứu xác định một số thông số tối ưu của cưa vòng đứng trong dây chuyền xẻ gỗ tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN THỊ LỤC NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ TỐI ƯU CỦA CƯA VÒNG ĐỨNG TRONG DÂY CHUYỀN XẺ GỖ TỰ ĐỘNG Ngành: Kỹ thuật khí Mã số: 52.01.03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS DƯƠNG VĂN TÀI Hà Nội, 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận án Tiến sĩ kỹ thuật mang tên “Nghiên cứu xác định số thông số tối ưu cưa vòng đứng dây chuyền xẻ gỗ tự động”, cơng trình nghiên cứu riêng Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu Luận án hoàn toàn trung thực chưa công bố cơng trình khác hình thức Tơi xin chịu trách nhiệm trước Hội đồng Bảo vệ Luận án Tiến sĩ lời cam đoan Hà Nội, ngày… tháng……năm 2021 Hướng dẫn khoa học Tác giả luận án PGS.TS Dương Văn Tài Nguyễn Thị Lục ii LỜI CẢM ƠN Xin chân thành cảm ơn nhà khoa học, quan nhiệt tình giúp đỡ tơi hoàn thành luận án khoa học Trước hết xin bầy tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Dương Văn Tài với ý kiến đóng góp quan trọng dẫn khoa học quý giá trình thực cơng trình nghiên cứu Trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Lâm nghiệp, Phòng Đào tạo Sau đại học giúp đỡ tạo điều kiện để tơi hồn thành luận án Trân trọng cảm ơn Khoa Cơ điện Cơng trình, Bộ mơn Công nghệ máy chuyên dùng Trường Đại học Lâm nghiệp giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành nhiệm vụ học tập nghiên cứu Trân trọng cảm ơn nhà khoa học Trường Đại học Lâm nghiệp, Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Học viện Kỹ thuật quân đóng góp ý kiếm q báu để tơi hồn thành luận án Hà Nội, ngày… tháng……năm 2021 Tác giả luận án Nguyễn Thị Lục iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .vii DANH MỤC CÁC BẢNG xii DANH MỤC CÁC HÌNH xiii MỞ ĐẦU ̉̉ ̀ ́ ̀ ́ Chương 1:TÔNG QUAN VÊ VÂN ĐÊ NGHIÊN CƯU .4 1.1 Tổng quan cưa vòng xẻ gỗ giới .4 1.2 Tổng quan cưa vòng xẻ gỗ Việt Nam 1.3 Tổng quan cơng trình nghiên cứu rung động lưỡi cưa vòng đứng xẻ gỗ giới 10 1.4 Tổng quan cơng trình nghiên cứu tối ưu thơng số cưa vịng đứng .13 1.4.1 Các cơng trình nghiên cứu tối ưu cưa vòng đứng xẻ gỗ giới 13 1.4.2 Các cơng trình nghiên cứu tối ưu công nghệ chế biến gỗ Việt Nam 16 1.5 Mục tiêu nghiên cứu 18 1.6 Đối tượng nghiên cứu 18 1.6.1 Thiết bị nghiên cứu 18 1.6.2 Nguyên liệu đưa vào xẻ 23 1.7 Phaṃ vi nghiên cứu 24 1.8 Nội dung nghiên cứu 25 1.9 Phương pháp nghiên cứu 26 Kết luận chương 27 Chương 2: XÂY DỰNG MƠ HÌNH, KHẢO SÁT CÁC THƠNG SỐ ĐỘNG LỰC HỌC VÀ RUNG ĐỘNG CỦA LƯỠI CƯA VÒNG ĐỨNG 28 2.1 Các thông số cưa vòng đứng 28 2.1.1.Thơng số hình học 28 iv 2.1.2 Các thông số động học 29 2.1.3 Các thông số động lực học 30 2.2 Mơ hình động lực học cưa vòng đứng 30 2.2.1 Quan hệ động học 30 2.2.2 Xác định sức căng ban đầu lưỡi cưa 31 2.2.3 Xác định công suất động cưa vòng đứng Ɲđc 36 2.2.4 Lập phương trình vi phân chuyển động 37 2.2.5 Xác định tham số đầu vào giải phương trình vi phân .42 2.3 Khảo sát thơng số động lực học q trình xẻ 48 2.3.1 Nội dung khảo sát 48 2.3.2 Kết khảo sát phương trình động lực học 50 2.3.3 Chuyển đồ thị nghiệm phương trình vi phân dạng bậc .52 2.4 Xác định tải trọng động giai đoạn chuyển tiếp cưa vòng đứng 52 2.4.1 Xác định lực mômen cắt Mcắt giai đoạn chuyển tiếp .53 2.4.2 Khảo sát thông số động lực học giai đoạn chuyển tiếp 53 2.4.3 Kết khảo sát trình chuyển tiếp cưa vòng đứng 54 2.5 Khảo sát ảnh hưởng mơ men qn tính bánh đà đến hệ số khơng đồng vận tốc góc ψ hệ số động lực học kđ 56 2.5.1 Ảnh hưởng mô men qn tính đến hệ số khơng đồng vận tốc góc ψ 56 2.5.2 Ảnh hưởng mơ men qn tính đến hệ số động lực học kđ .58 2.6 Ảnh hưởng mơ men qn tính bánh đà đến khả cắt 58 2.7 Ảnh hưởng mômen quán tính bánh đà đến chi phí lượng .59 2.8 Ảnh hưởng sức căng ban đầu lưỡi cưa S đến tiêu hao công cắt 61 2.9 Rung động lưỡi cưa theo phương ngang 62 2.9.1 Lực kích động gây rung ngang lưỡi cưa 62 2.9.2 Mơ hình rung động theo phương ngang lưỡi cưa vòng đứng 63 v 2.9.3 Thiết lập phương trình rung động lưỡi cưa vịng trình xẻ 66 2.9.4 Khảo sát kiểm tra ổn định rung ngang lưỡi cưa vòng 69 2.9.5 Ảnh hưởng độ rung ngang lưỡi cưa đến chất lượng sản phẩm xẻ 74 Kết luận chương 75 Chương 3: XÂY DỰNG BÀI TOÁN TỐI ƯU HĨA CÁC THƠNG SỐ CỦA CƯA VỊNG ĐỨNG 77 3.1 Lập mơ hình tốn tối ưu cho cưa vòng đứng 77 3.1.1 Lựa chọn tiêu tối ưu 77 3.1.2 Lựa chọn tham số điều khiển miền xác định 81 3.2 Lập hàm tương quan tiêu tham số ảnh hưởng 83 3.3 Thực nghiệm thăm dò 88 3.4 Thực nghiệm đơn yếu tố 89 3.5 Thực nghiệm đa yếu tố 93 3.5.1 Lập kế hoạch thực nghiệm đa yếu tố theo đại lượng không thứ nguyên 93 3.5.2 Khảo sát cực trị hàm tương quan 96 3.5.3 Giải toán tối ưu đa mục tiêu 97 Kết luận chương 98 Chương 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 100 4.1 Mục tiêu nội dung nghiên cứu thực nghiệm 100 4.1.1 Mục tiêu nghiên cứu 100 4.1.2 Nội dung nghiên cứu 101 4.2 Đối tượng nghiên cứu thực nghiệm 101 4.3 Phương pháp thiết bị xác định đại lượng nghiên cứu 102 4.3.1 Phương pháp xác định mô men tính bánh đà trục, 102 4.3.2 Phương pháp xác định vận tốc góc quay trục chủ động (ω2 ), vận tốc cắt (v) vận tốc đẩy (uc) 102 4.3.3 Phương pháp thiết bị xác định mô men cản cắt trục bánh đà chủ động Mc 103 vi 4.3.4 Phương pháp thiết bị xác định biên độ rung ngang lưỡi cưa vòng đứng a(mm) 106 4.3.5 Phương pháp thiết bị xác định độ mấp mô bề mặt ván xẻ Ra (mm) 107 4.3.6 Phương pháp thiết bị xác định suất xẻ ПS (m /s) 108 4.3.7 Phương pháp thiết bị xác định chi phí lượng riêng Ar 109 4.3.8 Phương pháp xác định lực căng lưỡi cưa 109 4.4 Tổ chức tiến hành thí nghiệm .110 4.5 Kết thực nghiệm kiểm chứng mơ hình lý thuyết 113 4.5.1 Kiểm chứng mơ hình động lực học 113 4.5.2 Kiểm chứng mơ hình rung ngang lưỡi cưa 115 4.6 Kết nghiên cứu thực nghiệm xác định thông số tối ưu 117 4.6.1 Thực nghiệm thăm dị lập mơ hình tương quan 117 4.6.2 Kết thực nghiệm đơn yếu tố 120 4.6.3 Kết thực nghiệm đa yếu tố 126 4.7 Vận hành máy với giá trị tối ưu thông số ảnh hưởng 134 Kết luận chương .134 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 136 Kết luận 136 Kiến nghị 137 DANH MỤC CÁC BÀI BÁO, CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ.138 TÀI LIỆU THAM KHẢO 139 PHỤ LỤC vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Ɲđc Cơng suất động n Số vịng quay Ɲc Công suất cắt gỗ Ɲxg Công suất đẩy xe D1,R1 Đường kính, bán k D 2, R Đường kính, bán k D 3, R Đường kính, bán k d10, r10 Đường kính, bán k d21,r21 Đường kính, bán k d22, r22 Đường kính , bán d31, r31 Đường kính, bán k m10 Khối lượng trục g m11 Khối lượng bánh đ m21 Khối lượng trục g m22 Khối lượng bánh đ m23 Khối lượng trục g m31 Khối lượng trụ m33 Khối lượng bá mxg Khối lượng xe γg B1 Khối lượng riêng Bề rộng bánh đà c B2 Bề rộng bánh đà c b Bề rộng lưỡi cưa B Chiều rộng mạch s Bề dày lưỡi cưa viii Viết tắt ƭ a1 Chiều dày vành bá Khoảng cách hai t a2 Khoảng cách hai t Llc Chiều dài lưỡi cưa Lđ Chiều dài dây đai Lđr Chiều dài đường r A1 Tiết diện dây đai A2 E Tiết diện lưỡi cưa Khoảng cách theo E1 Mô đun đàn hồi củ E2 t Mô đun đàn hồi củ Bước cưa hr Chiều cao răn λ Lượng bóp me mỗ γ Góc trước răn α Góc sau β Góc mài δ Góc cắt c L1 Khoảng cách L2 Bề rộng đường ray L3 Chiều cao xe g L4 Khoảng cách L5 Khoảng cách theo L6 Khoảng cách lớn n I1 Mơ men qn tính I2 Mơ men qn tính I3 Mơ men qn tính Ibđ Mơ men qn tính ix Viết tắt v Vận tốc cắt lư uc Vận tốc đẩy x u0 Vận tốc đẩy x S0 Sức căng ban đầu Pc Lực cản cắt Qy Lực cắt Fms Lực ma sát Fk Lực đẩy cấ Fc Lực cản lăn bá G1 Trọng lượng t G2 Trọng lượng t G3 Trọng lượng t Gxg Áp lực từ xe gòng Nri Các tải trọng hướn H Chiều cao mạch x h Chiều dày phoi Qm Các thành phần lự Qt Các thành phần lự Qs Các thành phần lự Qb Các lực ma sát giữ Mđc Mô men trục MT1 Mô nen ma sát trê MT2 Mô men ma sát trê MT3 Mô nen ma sát trê Mcắt Mô men cản cắt i Số lưỡi c i12 Tỷ số truyền b i23 Tỷ số truyền c PHỤC LỤC BẢNG BIỂU SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM Bảng 4.1 Số liệu đo vận tốc góc trục I Góc STT cắt ( độ) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 Góc STT cắt 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 ( độ) 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 Bảng 4.2 Số liệu đo biên độ rung ngang Góc cắt δ = 55 ; v = 50m/s; u = 0,14m/s Số TT S0 = 170N x(mm) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 0,04 -0,24 -0,06 0,16 0,16 0,12 0,08 -0,16 -0,06 -0,16 0,24 0,14 0,22 -0,44 -0,44 0,24 0,26 -0,36 -0,34 -0,16 0,18 0,12 0,36 -0,22 -0,16 0,38 0,04 0,52 -0,08 -0,12 0,52 0,46 -0,02 -0,28 -0,06 -0,1 0,02 -0,02 0,02 -0,14 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 -0,06 -0,04 -0,16 -0,12 0,26 0,36 0,44 -0,12 -0,08 -0,22 Số TN 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Góc cắt δ ( độ) 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 Bảng 4.4 Ảnh hưởng góc cắt đến chi phí lượng riêng độ mấp mô bề mặt ván xẻ STT Lần TN 2 3 Bảng 4.5 Ảnh hưởng vận tốc cắt đến chi phí lượng riêng độ mấp mô bề mặt ván xẻ STT Lần TN 2 3 Bảng 4.6 Ảnh hưởng tốc độ đẩy đến chi phí lượng riêng độ mấp mô bề mặt ván xẻ Lần TN STT 2 3 Bảng 4.7 Ảnh hưởng chiều cao mạch xẻ H đến chi phí lượng riêng độ mấp mô bề mặt ván xẻ Lần STT TN 2 3 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ĐA YẾU TỐ Bảng 4.8 Ảnh hưởng yếu tố đến chi phí lượng riêng dạng không thứ nguyên Số TN 10 11 12 13 14 15 16 17 X1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 -α +α 0 0 0 Bảng 4.9 Ảnh hưởng yếu tố đến độ mấp mô bề mặt ván xẻ dạng không thứ nguyên Số TN 10 11 12 13 14 15 16 17 X1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 -α +α 0 0 0 Bảng 4.10 Kết thực nghiệm với thông số tối ưu máy Góc cắt Số TN 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 TB δ (độ) 58 58 58 58 58 58 58 58 58 58 58 58 58 58 58 58 58 58 58 58 58 58 58 58 58 58 58 58 58 58 58 KẾT QUẢ XỬ LÝ HÀM TƯƠNG QUAN OPT Hàm chi phí lượng riêng dạng khơng thứ nguyên Đánh giá đồng phương sai ³ No ³ ³1 ³2 ³3 ³4 ³5 ³6 ³7 ³8 ³9 ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ 10 11 12 13 14 15 Kết xử lý số liệu Y = 0.285+ 0.077X1+ 0.056X1X1+ 0.003X2+ 0.013X2X1+ 0.014X2X2+ 0.018X3+ -0.033X3X1+ 0.001X3X2+ 0.009X3X3+he so b0,0 b1,0 b1,1 b2,0 b2,1 b2,2 b3,0 b3,1 b3,2 b3,3 Tieu chuan T student cho cac he so la : T0,0 = T1,0 = T1,1 = T2,0 = T2,1 = T2,2 = T3,0 = T3,1 = T3,2 = T3,3 = Phuong sai luong (lap) So bac tu Phuong sai tuong thich So bac tu Tieu chuan FISHER ³ No ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ 10 ³ 11 ³ 12 ³ 13 ³ 14 ³ 15 ³ 16 ³ 17 ³ 0.25 ³ 0.28 ³ 0.32 ³ 0.283³ 0.285³ 0.002³ Tam cua mat quy hoach X = ( -0.771 , -0.251 , -0.397 , ) Ytam = cac he so chinh tac 0.0617 0.0043 -0.0152 vec to rieng U ( A=UWUt) -0.9524 -0.0818 0.2935 Hàm độ mấp mô bề mặt ván dạng không thứ nguyên ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ Đánh giá đồng phương sai ³ No ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ 10 ³ 11 ³ 12 ³ 13 ³ 14 ³ 15 ³ 16 ³17 ³ 0.260³ 0.270³ 0.290³ 0.000³ Kết xử lý số liệu Y = 0.275+ -0.011X1+ 0.005X1X1+ 0.008X2+ -0.020X2X1+ 0.036X2X2+ 0.024X3+ 0.006X3X1+ 0.007X3X2+ 0.009X3X3+he so b0,0 b1,0 b1,1 b2,0 b2,1 b2,2 b3,0 b3,1 b3,2 b3,3 Tieu chuan T student cho cac he so la : Phuong sai luong (lap) So bac tu Phuong sai tuong thich So bac tu Tieu chuan FISHER ³ No ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ 10 ³ 11 ³ 12 ³ 13 ³ 14 ³ 15 ³ 16 ³ 17 Tam cua mat quy hoach X = ( -14.032 , -4.732 , Ytam = cac he so chinh tac ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ 0.0390 0.0001 0.0104 vec to rieng U ( A=UWUt) -0.2715 0.9591 0.0802 ... án thực đề tài: "Nghiên cứu xác định số thông số tối ưu cưa vòng đứng dây chuyền xẻ gỗ tự động" nhằm hồn thiện cưa vịng đứng dây chuyền xẻ gỗ tự động mà đề tài cấp nhà nước mã số ĐTĐL.CN-10/16... học, xác định số thông số tối ưu cưa vòng đứng dây chuyền xẻ gỗ tự động, để nâng cao suất chất lượng sản phẩm 1.6 Đối tượng nghiên cứu 1.6.1 Thiết bị nghiên cứu 1.6.1.1.Tổng quan dây chuyền xẻ gỗ. .. tạo, thử nghiệm mơ hình dây chuyền xẻ gỗ tự động, chưa có nghiên cứu động lực học q trình xẻ cưa tối ưu thông số thiết bị hệ thống Trong dây chuyền xẻ gỗ tự động cưa vịng đứng thiết bị quan trọng