Nghiên cứu một số thông số động học, động lực học của cưa đĩa trong quá trình cắt ngang tre

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP HOÀNG HÀ NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CƯA ĐĨA TRONG QUÁ TRÌNH CẮT NGANG TRE LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT Hà Nội, năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP HOÀNG HÀ NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CƯA ĐĨA TRONG QUÁ TRÌNH CẮT NGANG TRE Ngành: Kỹ thuật khí Mã số: 9.52.01.03 LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học PGS.TS Dương Văn Tài TS Nguyễn Văn Bỉ Hà Nội, năm 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi, hướng dẫn khoa học PGS.TS Dương Văn Tài TS Nguyễn Văn Bỉ Các kết nghiên cứu trình bày luận án trung thực, khách quan chưa cơng bố cơng trình khác Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận án cảm ơn, thơng tin trích dẫn luận án rõ nguồn gốc Hà Nội, ngày 25 tháng năm 2021 Hướng dẫn khoa học PGS.TS Dương Văn Tài TS Nguyễn Văn Bỉ Tác giả luận án Hoàng Hà ii LỜI CẢM ƠN Xin chân thành cảm ơn nhà khoa học, quan nhiệt tình giúp đỡ tơi hồn thành luận án khoa học Trước hết xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Dương Văn Tài TS Nguyễn Văn Bỉ 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 Cơng 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 kiến quý báu để tơi hồn thành luận án Hà Nội, ngày 25 tháng năm 2021 Tác giả luận án Hoàng Hà iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC HÌNH viii CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DÙNG TRONG LUẬN ÁN xi MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết vấn đề nghiên cứu Mục đích nghiên cứu luận án Những đóng góp luận án Ý nghiã khoa hocc̣ kết quảnghiên cứu đềtài luâṇ án Ý nghiã thực tiễn đềtài luâṇ án Chương TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan tài nguyên tre Việt Nam 1.1.1 Rừng tre nứa tự nhiên 1.1.2 Rừng tre trồng tập trung 1.2 Tổng quan công nghệ chế biến tre 1.2.1 Đặc điểm tre 1.2.2 Tổng quát công nghệ chế biến tre 1.2.3 Một số tồn thiết bị cắt ngang tre 12 1.2.4 Tổng quan cưa đĩa cắt ngang tre 12 1.2.5 Các loại đĩa cưa cắt ngang tre 14 1.3 Tổng quan cơng trình nghiên cứu cưa đĩa cắt ngang tre .15 1.3.1 Tổng quan cơng trình nghiên cứu cưa điã thếgiới 15 1.3.2 Tổng quan vềcác công trình nghiên cứu vềcưa điã ởViêṭNam 18 1.4 Mục tiêu nghiên cứu luận án 19 1.5 Phaṃ vi vàgiới haṇ nghiên cứu 20 1.6 Nội dung nghiên cứu 20 1.6.1 Nghiên cứu lý thuyết 20 1.6.2 Nghiên cứu thực nghiệm 21 1.7 Đối tượng thiết bị nghiên cứu 21 1.7.1 Đối tượng nghiên cứu 21 1.7.2 Thiết bị nghiên cứu 28 1.8 Phương pháp nghiên cứu 29 1.8.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 29 1.8.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 30 iv ́ ́ ̀ Chương ĐỘNG HỌC VÀ ĐÔNGG̣ LƯCG̣ HOCG̣ QUA TRINH CĂT NGANG TRE BĂNG CƯA ĐIA 32 2.1 Khái quát trình cắt ngang tre 32 2.1.1 Đặc điểm trình cắt ngang tre ̀ ̃ 32 2.1.2 Quá trình học cắt ngang tre 33 2.2 Xác định lực tác dụng lên cắt đĩa cưa cắt ngang tre 36 2.2.1 Xây dựng mơ hình lực tác dụng lên phần tử cắt cưa 36 2.2.2 Xác định lực tác dụng lên cắt 38 2.3 Động học cưa đĩa cắt ngang tre 48 2.3.1 Quan hệ động học vận tốc cắt, tốc độ đẩy cưa đĩa cắt ngang tre 48 2.3.2 Xây dưngg̣ mô hình động học tính tốn độ dài cung diện tích tiếp xúc đĩa cưa với tre trình đĩa cưa cắt ngang tre 52 2.4 Đôngc̣ lưcc̣ hocc̣ cưa điã cắt ngang tre 55 2.4.1 Xây dưngg̣ mô hiǹ h đôngg̣ lưcg̣ hocg̣ chuyển động cưa đia ̃ cắt ngang tre 55 2.4.2 Phương triǹ h vi phân chuyển đôngg̣ điã cưa 57 2.5 Tính tốn độ cứng đĩa cưa cắt ngang tre 63 2.5.1 Xây dưngg̣ mơ hiǹ h tính tốn độ cứng đĩa cưa cắt ngang tre 63 2.5.2 Tính độ cứng đĩa cưa cắt ngang tre 64 2.6 Dao đôngc̣ đĩa cưa quátrinh̀ hoaṭđôngc̣ 67 2.6.1 Các nguồn kích động gây rung 67 2.6.2 Rung đôngg̣ đĩa cưa triǹ h cắt ngang tre 69 2.7 Khảo sát ảnh hưởng số thông số đến lực cắt cắt cắt ngang tre 73 2.7.1 Thiết lập hàm khảo sát 74 2.7.2 Phân tích, lựa chọn yếu số ảnh hưởng đến lực cản cắt riêng 74 2.7.3 Phương pháp khảo sát lực cản cắt riêng 76 2.7.4 Kết quảkhảo sát môṭ sốthông sốảnh hưởng đến lực cản cắt riêng 77 2.8 Khảo sát đôngc̣ lưcc̣ hocc̣ điã cưa quátriǹ h cắt ngang tre 79 2.8.1 Phần mềm để khảo sát đôngg̣ lưcg̣ hocg̣ đĩa cưa 79 2.8.2 Các thông sốđầu vào đểkhảo sát đôngg̣ lưcg̣ hocg̣ đĩa cưa 80 2.8.3 Kết quảkhảo sát đôngg̣ lưcg̣ hocg̣ cưa điã cưa cắt ngang tre 81 2.8.4 Khảo sát mô men lực cắt trục đĩa cưa 82 2.8.5 Khảo sát dao đôngg̣ đĩa cưa 83 2.9 Đề xuất giải pháp giảm biên độ dao động đĩa cưa 86 v Chương NGHIÊN CỨU THƯCG̣ NGHIÊṂ KIỂM CHỨNG MƠ HÌNH LÝ THUYẾT 88 3.1 Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu thực nghiệm 88 3.2 Đối tượng nghiên cứu thực nghiệm 90 3.3 Phương pháp xác định đại lượng nghiên cứu 90 3.3.1 Phương pháp xác định hệ số ma sát lưỡi cắt tre 90 3.3.2 Phương pháp xác định ứng suất nén tre 91 3.3.3 Phương pháp xác định mô đun biến dạng đàn hồi tre 92 3.3.4 Phương pháp xác định hệ số đàn hồi 92 3.3.5 Phương pháp xác định lực cản cắt riêng điã cưa 93 3.3.6 Phương pháp xác định biên độ rung ngang đĩa cưa 95 3.4 Phương pháp đo dụng cụ đo 95 3.4.1 Đo mô men xoắn trục lắp đĩa cưa 95 3.4.2 Phương pháp đo biên độ dao động ngang đĩa cưa 96 3.4.3 Phương pháp thiết bị đo lực nén thí nghiệm xác định ứng suất tre 97 3.5 Chuẩn bị thí nghiệm 97 3.6 Tổ chức tiến hành thí nghiệm 98 3.6.1 Đo mô men xoắn trục lắp điã cưa cắt ngang tre 98 3.6.2 Đo biên độ dao động ngang cưa đia ̃ trình cắt ngang tre 99 3.7 Xử lý kết thí nghiệm 99 3.8 Kết nghiên cứu thực nghiệm 100 3.8.1 Xác định hệ số ma sát lưỡi cắt tre 100 3.8.2 Giới hạn nén dọc thớ, mô đun biến dạng đàn hồi nén dọc thớ, ngang thớ số loài tre 101 3.8.3 Hệ số đàn hồi số loài tre 102 3.8.4 Kiểm chứng mơ hình tính tốn lực cắt cưa cắt ngang tre 102 3.8.5 Kiểm chứng dao động ngang điã cưa cắt ngang tre 104 Chương XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ TỐI ƯU CỦA CƯA ĐĨA CẮT NGANG TRE 107 4.1 Phương pháp xác định thông tối ưu đĩa cưa 107 4.1.1 Chọn phương pháp nghiên cứu 107 4.1.2 Chọn hàm mục tiêu nghiên cứu 108 4.1.3 Chọn tham số ảnh hưởng đến hàm mục tiêu 109 4.2 Phương pháp xác định hàm mục tiêu 110 4.2.1 Phương pháp xác đinḥ hàm lực cản cắt riêng 110 PHỤ LỤC 07 Ứng suất nén dọc thớ tre : Diễn trứng độ tuổi thứ 5, độ ẩm mẫu thí nghiệm: w=70% Số TN 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 TB B (mm) PHỤ LỤC 08 Mô đun đàn hồi hệ số đàn hồi nén dọc thớ tre luồng độ tuổi thứ 5, độ ẩm mẫu thí nghiệm: w=70% Số TN Lo(mm) 20 20 20 20 20 20 20 20 20 10 20 11 20 12 20 13 20 14 20 15 20 16 20 17 20 18 20 19 20 20 20 21 20 22 20 23 20 24 20 25 20 26 27 20 28 20 TB 20 PHỤ LỤC 09 Mô đun đàn hồi hệ số đàn hồi nén dọc thớ tre Mai độ tuổi thứ 5, độ ẩm mẫu thí nghiệm: w=70% Số TN Lo(mm) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 TB PHỤ LỤC 10 Mô đun đàn hồi hệ số đàn hồi nén dọc thớ tre Diễn trứng độ tuổi thứ 5, độ ẩm mẫu thí nghiệm: w=70% Số TN 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 PHỤ LỤC 11 Mô đun đàn hồi hệ số đàn hồi nén ngang thớ tre Luồng độ tuổi thứ 5, độ ẩm mẫu thí nghiệm: w=70% Số TN 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 PHỤ LỤC 12 Mô đun đàn hồi hệ số đàn hồi nén ngang thớ tre Mai độ tuổi thứ 5, độ ẩm mẫu thí nghiệm: w=70% Số TN 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 TB PHỤ LỤC 13 Mô đun đàn hồi hệ số đàn hồi nén ngang thớ tre Diễn trứng độ tuổi thứ 5, độ ẩm mẫu thí nghiệm: w=70% Số TN 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 TB PHỤ LỤC 14 Q trình thí nghiệm đo mơ men soắn trục lắp đĩa cưa rung động đĩa cưa PHỤ LỤC 15 Q trình thí nghiệm đo mơ men soắn trục lắp đĩa cưa rung động đĩa cưa PHỤ LỤC 16 Q trình thí nghiệm đo mơ men soắn trục lắp đĩa cưa rung động đĩa cưa PHỤ LỤC 17 Các đĩa cưa thí nghiệm PHỤ LỤC 17 Các đoạn tre sau thí nghiệm cắt để xác định lực cắt rung động PHỤ LỤC 18 COD CHƯƠNG TRÌNH TÍNH DAO ĐỘNG LƯỠI CƯA ĐĨA KHI CẮT NGANG TRE function Dao_dong_luoi_Cua clc; OMega = 3000; N =2 % Luoi dia cua: R1= 0.04; R2=0.25 ; h = 0.05 ; % mat bàn cat h_cua = 0.0025; % m ; n_r = 60 ; % so rang cua f_ms K= 18*1000^2 ; Ro = E = nhiu = 0.3 ; % he so Poisson %Tre V_tre = 0.04 ; d1 = ; % so so m ; = 0.35; 18.5 ; % 2.1*10^11 cat : 0.05 ; d2 P = 2000; d = sqrt((R2+d1)^2 -(h+d1)^2) -sqrt((R2-d1)^2 -(h+d1) Gama J = (Ro*pi/2)* J2 = J0= J2*(1-Gama)^3*(3+Gama)/3; = R1/R2; (Ro*pi/2)* R2^4; % Mô men QT cua phan rong luoi c C_LT0 = 4*J2*((1-Gama)/3-(1-Gama^4)/12); % C_LT = C_LT0 * Phi1^2 D = E*h_cua^3/(12*(1-nhiu^2)); a= R2 ; b =R1; A1 = (1/(8*pi*D))*( b*(1-nhiu)/a^2 -(2/b)*log(a/b)*(1+nhiu)- (1nhiu)/b); A2 = (1/(8*pi*D))*(b*log(a/b)*(1+nhiu)+b); Del = (b^2*(nhiu-1) - a^2*(nhiu+1))/(2*a^2*b); tg2= (a^2-b^2)*(1/(8*pi*D) + (0.25*A1/Del)) + ((A2/Del)(a^2/(8*pi*D)))*log(a/b); C = (a-b)^2/tg2; %$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ cla; MM= zeros(); duong=['R -' 'R -.' 'R ']; OMe_0 = OMega /60 ; % vong/s OMe_1 = OMe_0 *2*pi % rad /s phi1_0 = OMe_1; k_t = P/(OMe_1) ; % N.m T = 2*pi/OMe_1; T_gian = d/V_tre; t =0:0.001:T_gian; [t,z]=ode45(@rhs1,t,[0 phi1_0 0 ]); BD_Max= max(z(:,3)*10^3*R2) plot(t(:),z(:,3)*10^3*R2,'R-'); %,'linewidth',1); hold on xlabel("Thoi gian (s)") ylabel("Bien dao dong luoi cua (mm) ") grid on %******************************************** * function xdot=rhs1(t,z) phi1= z(2); dxdt_1 = z(2); dxdt_3 = z(4); L = sqrt(2*V_tre*t*((R2+d1) - sqrt((R2+d1)^2 -(h+d1)^2)) + (R2 +d1 -V_tre*t)^2); Lc = Cung(L,R2,d1) - Cung(L,R2,d2); D_tich= Dtich(L,R2,d1)- Dtich(L,R2,d2); n_rc = n_r *Lc /(2*pi*R2); h_c = V_tre /(OMe_0*n_r); Fc = K*h_c*h_cua *n_rc; Mc = R2*Fc; M_dd = 0; ts = Lc/(OMe_1*R2); M_dd = R2 *L_ngoai(Fc,t); M_ms = f _ms * M_dd C_Lt= 0; %*Luc_ngoai(Fc,ts,t ) * D_tich ; C_Lt = C_LT0 *phi1^2 ; %+++++++++++++++++++++++++++++++++++ dxdt_2 = -k_t*phi1/(J*OMe_1) + (k_t - ( Mc + M_ms))/J; dxdt_4 = (-(C +C_Lt)* z(3) + M_dd)/J0 ; xdot=[dxdt_1 ; dxdt_2 ; dxdt_3 ; dxdt_4 end %************************************** function fc=Cung(L,R2,d) % Tinh dài cung cat tg=0; if (L > R2+d) | ((0