6. Cấu trúc luận án
2.3.1. Tƣơng tác lực trong quá trình nghiền
Nhiều nghiên cứu đã tập trung phân tích lý thuyết, đo thực nghiệm để kiểm chứng các tƣơng tác lực giữa răng đĩa nghiền và các sợi gỗ [12], [37], [50], [51]. Các nghiên cứu này đã đƣợc triển khai từ rất sớm (1989), và vẫn đƣợc quan tâm
trong những năm gần đây [37]. Kết quả của các nghiên cứu trong lĩnh vực này đƣợc tóm tắt nhƣ dƣới đây.
Để xác định tƣơng tác lực giữa răng đĩa nghiền và các sợi gỗ, nhiều tác giả đã sử dụng cảm biến để đo trực tiếp các lực trong máy nghiền côn và máy nghiền đĩa [12], [37], [51]. Các nghiên cứu này đều thống nhất rằng, có hai thành phần lực, gồm lực pháp tuyến và lực tiếp tuyến khi các răng nghiền tác động lên các sợi bột gỗ. Lực pháp tuyến là lực tác động theo phƣơng vuông góc với bề mặt răng và lực tiếp tuyến (còn gọi là lực cắt) là thành phần lực có phƣơng cùng với phƣơng chuyển động của răng đĩa rotor. Trong hai thành phần đó, lực tiếp tuyến là thành phần lực làm cho các bó sợi đƣợc tập hợp vào giữa các răng nghiền đối diện và đƣợc nghiền. Lực tiếp tuyến tăng khi sợi bắt đầu đƣợc kéo vào khe hở giữa hai răng nghiền và đƣợc nghiền. Sau đó, lực tiếp tuyến giảm đến mức thấp hơn nhiều và đƣợc duy trì bằng hằng số cho đến khi cạnh đi sau của răng nghiền đi qua nhau. Giai đoạn lực tiếp tuyến là hằng số kéo dài trong thời gian tồn tại lực ma sát giữa sợi gỗ và bề mặt kim loại của răng đĩa nghiền.
Các nghiên cứu trên cũng thống nhất rằng, lực pháp tuyến và lực tiếp tuyến tăng khi nồng độ bột, tốc độ nghiền tăng và khe hở giữa hai đĩa nghiền giảm. Tại nồng độ 2.5 - 3% và tốc độ 720 vòng/phút, tỉ số giữa lực tiếp tuyến và lực pháp tuyến xấp xỉ 0.11 và áp suất lớn nhất tại các bề mặt răng khoảng 3.4 MPa.
Việc xác định áp suất trong các rãnh và trên các bề mặt răng đĩa nghiền khi nghiền tại nồng độ thấp cũng đã nhận đƣợc sự quan tâm của nhiều nhà khoa học. Các nghiên cứu đã tiến hành khảo sát trên một dải tốc độ từ (1 vòng/phút đến 1200 vòng/phút). Tại tốc độ 1200 vòng/phút, áp suất cao nhất trên bề mặt các răng khi các răng đi qua nhau đạt 0.08 - 1.12 Mpa [34].
Các kết quả nghiên cứu trên cho thấy, nói chung, các giá trị lực giữa các răng nghiền và sợi gỗ thƣờng rất nhỏ. Các lực này có thể gây hiện tƣợng mòn răng sau thời gian làm việc lâu dài nhƣng không đủ để gây gãy răng, mẻ răng khi nghiền bột tại nồng độ thấp. Mặt khác, cho đến nay, chƣa có công thức hay mô hình toán, dù là lý thuyết hay thực nghiệm, đƣợc xây dựng để xác định đƣợc lực tƣơng tác giữa răng
đĩa nghiền và sợi bột gỗ cho mọi trƣờng hợp. Tuy nhiên, những nghiên cứu này là một cách để tiếp cận đánh giá khả năng phá huỷ răng nghiền trong quá trình làm việc và chọn vật liệu đĩa nghiền phù hợp.
Dễ thấy, phƣơng chiều và giá trị các lực tác dụng có ảnh hƣởng quyết định đến khả năng cắt ngắn, dát mỏng, tạo xơ…trên sợi gỗ nguyên liệu, tức là ảnh hƣởng trực tiếp đến chất lƣợng bột giấy đƣợc nghiền. Rõ ràng, cƣờng độ và phƣơng chiều các lực thì phụ thuộc vào kích thƣớc khe hở, cách bố trí các răng trên đĩa nghiền. Năng suất và chất lƣợng bột nghiền cũng phụ thuộc rất lớn vào xác suất các bó sợi gỗ đƣợc tích tụ và đi vào vùng chịu lực tác động nghiền. Kết cấu đĩa, thông số vận hành cũng nhƣ đặc tính sợi gỗ đều là các yếu tố ảnh hƣởng chính đến xác suất này.