Cũng như ở hầu hết các cơ sở sản xuất công nghiệp chế biến gỗ, các máy cưa đĩa tại xí nghiệp CBG Khu CN Lương Sơn - Hoà Bình có nhiều loại. Chúng được sử dụng để xẻ dọc, cắt ngang vật liệu gỗ. Khảo sát thực tế cho thấy trong số các máy cưa đĩa hiện có thì máy cưa đĩa xẻ dọc- mã hiệu SA -4K đứng đầu dây chuyền sản xuất hoạt động nhiều nhất và gây tiếng ồn mạnh nhất. Luận văn tập trung nghiên cứu các giải pháp giảm tiếng ồn cho máy này.
Máy SA-4K xuất sứ từ Đài Loan, năm sản xuất 1996, các thông số kỹ thuật của máy như giới thiệu ở phụ biểu 3.1 phụ lục 3. Máy có tính đa năng cao , chiều dày phôi lớn nhất đạt được 135 mm.
Kết quả đo mức độ ồn của máy khi gia công tới 105 dBA, thậm chí tới 116dB vượt quy chuẩn cho phép từ 13-22 dBA, hay gấp từ 3 đến 6 lần âm lượng cảm nhận được. Mức ồn ở hành trình chạy không thấp hơn từ 3 đến 6dB so với mức ồn ở quá trình làm việc.
Những nguồn ồn chính của các máy cưa đĩa là bộ phận động cơ và đặc biệt là đĩa cưa. Các đĩa cưa được chế tạo với khá nhiều kiểu dạng từ bề dày đĩa đến lưỡi cắt phục vụ cho công nghệ gia công (xẻ dọc, cắt ngang, xẻ mộng…)
Tiếng ồn tạo ra do các đĩa cưa quay gồm các thành phần kết cấu và khí động học. Nhiều kết quả nghiên cứu đã xác định rằng, thành phần khí động học trong phần lớn các trường hợp không ảnh hưởng tới mức ồn chung, nguồn ồn chính của nó – dao động của đĩa cưa theo các phương và chủ yếu theo phương ngang, phương vuông góc với bản cưa. Lưỡi cưa cũng như các vật thể đàn hồi khác có phổ xác định các dao động riêng. Nếu số các dao động riêng trùng với số dao động kích thước (nó thường tương ứng với số vòng quay đĩa cưa) sẽ tiến tới điều kiện xuất hiện cộng hưởng, khi đó biên độ dao động ngang sẽ tăng cao. Số vòng quay của trục cưa khi tới cộng hưởng được gọi là số vòng quay tới hạn. Dao động của đĩa cưa được xét trong hành trình
chạy không và hành trình làm việc và phụ thuộc vào lắp đĩa cưa, vào độ phẳng, dạng mở cưa, loại gỗ, độ ẩm gỗ gia công, vào các thông số chế độ cắt (vận tốc cắt, đẩy…)
Cùng với tiếng ồn phát sinh cơ học ( từ dao động của đĩa cưa) còn có tiếng ồn khí động học. Theo mức ồn thì ồn khí động học thấp hơn và nó bị che lấp bởi ồn cơ học. Trị số của nó khoảng 88dB [36], trong khi đó tiếng ồn chung đạt tới 100 – 105 dB. Nó xuất hiện do cuốn và xung khí ở vùng các hầu cưa, do quay của các đĩa cưa và khi đó tạo tiếng ồn từ 77 – 78dB. Trong các hành trình làm việc do ma sát và cắt của đĩa với thành mạch xẻ phần tiếp xúc đó bị đốt nóng tới 15-300C cao hơn so với phần giữa đĩa cưa, điều này tạo nên chênh lệch ứng suất, làm vênh đĩa cưa và kết quả là tăng tiếng ồn. Ngoài ra còn do dao động đàn hồi của thớ gỗ và phôi làm gia tăng thêm tiếng ồn. Theo các kết quả nghiên cứu [38], dao động của các thớ gỗ cắt và rung động của phôi là các yếu tố giải quyết được sự phát sinh tiếng ồn ở hành trình gia công. Tiếng ồn của máy phụ thuộc vào đường kính lưỡi cưa, độ dày bản cưa, số răng, vận tốc quay, loại và tình trạng của gỗ. Nguyên nhân chính trong trường hợp này là sự gia tăng vận tốc dao động đĩa cưa tạo ra khả năng tăng tần số dao động. Sự thay đổi lượng đẩy khi gia công cũng có ảnh hưởng thực tế tới mức ồn. Nghiên cứu đã xác định rằng, đường kính lưỡi cưa càng lớn và càng mỏng tiếng ồn càng lớn. Việc tạo các đĩa cưa với các răng gắn hợp kim cứng đáp ứng yêu cầu tăng chiều dày đĩa đã rất có hiệu quả làm giảm mức ồn và mức áp suất âm ở các tần số cao.
Tiếng ồn phụ thuộc vào độ cứng, độ ẩm, cấu tạo dị hướng, chiều dày phôi cắt và vận tốc đẩy. Khi cắt gỗ cứng, khô tạo nên tiếng ồn rít tần số cao cùng với áp suất âm cao. Mức ồn biến đổi trong quá trình xẻ. Ở giai đoạn đầu quá trình cắt, khi lưỡi cắt của đĩa cưa tiếp xúc gỗ trên chúng bắt đầu có tác dụng của lực cắt và ứng suất nhiệt. Dao động của đĩa cưa tăng (đặc biệt là ở các đĩa cưa mở me bằng bẻ cong), tiếng ồn tăng. Theo tiến trình đi vào gỗ của đĩa cưa phần đĩa trong mạch xẻ, thành của mạch xẻ sẽ hạn chế dao động cưa đĩa, mức ồn giảm đi một ít. Mức ồn cũng phụ thuộc vào hình dạng và số lượng các răng. Số răng cắt càng nhiều tiếng ồn càng tăng, nhất là ở tần số cao
Từ những phân tích trên chúng tôi đưa ra các giải pháp giảm tiếng ồn cho máy cưa đĩa SA-4K tại cơ sở sản xuất như sau.
4.4.2. Những giải pháp giảm tiếng ồn ở nguồn phát sinh
4.4.2.1. Giảm tiếng ồn từ động cơ điện
Động cơ điện của máy có công suất N = 7 kW, trọng lượng P = 99kG, số vòng quay n = 1500 v/ph . Động cơ được lắp trên giá gắn cứng vào thân máy. Thực tế khảo sát cho thấy trong quá trình làm việc động cơ bị rung mạnh, biên độ rung trung bình đo được là 1,8 cm. Do vậy cần được khắc phục bằng cách đặt động cơ trên đệm cách rung.
- Vật liệu sử dụng là cao su độ cứng trung bình có [σn] = 4 kG/cm2, môđun đàn hồi động lực 100 kG/cm2. Theo GS. Slavin I.I. lấy tần số dao động riêng của động cơ và đệm nhỏ hơn 3 lần tần số của lực kích thích, khi đó:
0 1500 8.33 3 60.3 f f Hz.
- Theo công thức (3.36) tìm được k = 12.5 %.
- Độ lún cần thiết của đệm được tính theo công thức (3.35): 6 2 9.10 0,32 12,5.1500 h cm = 3.2 mm.
- Chiều cao của đệm .100 0.32.100 8 4 h h cm = 80 mm. - Tổng diện tích đệm cần thiết S = P/4 = 99/4 = 25 cm2.
Liên kết động cơ với giá qua đệm cách rung tương tự như ở máy bào (hình 4.2).
Để nâng cao hiệu quả giảm tiếng ồn từ động cơ điện ta có thể sử dụng vỏ chụp động cơ. Vỏ được làm từ ván gỗ dán dày 4mm, phía trong lót phủ vật liệu cao su mềm.
4.4.2.2. Các giải pháp giảm tiếng ồn cho đĩa cưa a. Cơ sở lựa chọn giải pháp thiết kế
Như trên đã trình bày đĩa cưa là nguồn gây ồn lớn nhất của cưa đĩa. Phần lớn các phương pháp là hướng tới giảm dao động của các đĩa cưa, tức là giảm tiếng ồn kết cấu. Phần nhỏ các giải pháp là hướng tới giảm tiếng ồn
bằng cách âm và hấp thụ âm. Như đã rõ, phương pháp tối ưu cho giảm tiếng ồn như đã trình bày ở trên là kết hợp các phương pháp giảm tiếng ồn ở nguồn cùng với cách ly chúng khỏi môi trường xung quanh.
Tất cả các phương pháp có thể phân ra hai giải pháp bên trong và bên ngoài, hoặc kết cấu, giảm chấn. V.P Grinkov [32] để giảm tiếng ồn đã sử dụng cưa gắn keo. Hai đĩa mỏng (1,2mm) được dán bằng keo (keo BP-2, áp lực 1,5 kG/cm2 và nhiệt độ 120 – 1400C). Khi cắt gỗ dày 50mm, tiếng ồn giảm 2-3 dB và 5-15 dB ở vùng tần số cao.
R.P.Ivanov [34] đã xác định rằng các rãnh điều hòa trong kết cấu đĩa cưa đã làm giảm được tiếng ồn khi quay tự do, nhưng khi xẻ chúng trở nên không hiệu quả. I.M.Stakhev [35] cũng nhấn mạnh, nếu ở các đĩa cưa có tạo các rãnh ở vùng giữa theo hai vòng tròn đồng tâm thì ở chúng bắt đầu xuất hiện dao động không tắt dần khi chuyển động từ 2400 đến 5000 v/ph, tức là tiếng ồn thành phần tần số cao khi số vòng quay đĩa cưa là vừa phải (trung bình) được giảm đi. Tác giả đã tính toán vận tốc quay lớn nhất cho phép của đĩa cưa trong sự tương quan với đường kính, chiều dày của nó và sự chênh lệch nhiệt độ theo bán kính đĩa cưa, đảm bảo không gây nguy hiểm về dao động, qua đó khẳng định rằng khi giảm chiều dày cưa thì số vòng quay cần giảm.
Các phương pháp kết cấu đã khá hiệu quả đối với lĩnh vực giảm tiếng ồn cho đĩa cưa. Tuy nhiên cần có nhiều chi phí cho chế tạo và sử dụng trong quá trình làm việc. Nhiều phương pháp giảm chấn ngoài cho các đĩa cưa đã rất được quan tâm bởi tính khả thi lớn trong các điều kiện sản xuất cụ thể.
Ở cộng hòa Liên bang Đúc [39] đã thực hiện giải pháp kỹ thuật khá đơn giản nhưng có hiệu quả giảm ồn cao đó là trên trục của máy cưa đĩa lắp cạnh đĩa cưa về phía đai ốc một đĩa giảm chấn mỏng bổ trợ, đĩa này có đường kính bằng 2/3 đường kính đĩa cưa. Sự dập tắt tiếng ồn được thực hiện bằng lớp khí mỏng xen giữa các đĩa. Giảm mức ồn nhận được từ 3 ÷ 4 dB. Hiệu quả tương tự có thể nhận được khi lắp ở phía dưới bàn máy, tức là ở phần không làm việc của đĩa hai tấm cố định với khoảng cách gần nhất với đĩa cưa có thể được. Sử dụng các đĩa giảm chấn sẽ hạn chế chiều cao mạch xẻ, còn sử dụng
các tấm cố định với khe hở nhỏ nhất có thể dẫn tới va đập giữa chúng với đĩa cưa. Cả hai trường hợp trên tiếng ồn có thể giảm được 5 dB.
Một giải pháp mới được đưa ra [31] là cơ cấu ép cho đĩa cưa. Cơ cấu tương tự như ly hợp ma sát, nó cần bảo vệ đĩa cưa khỏi xuất hiện các rung động nguy hiểm. Đĩa cưa được ép lên chốt của đai ốc ép. Đai ốc ép lắp trên đầu tự do của trục đĩa cưa có phần vành mở rộng để tăng ma sát và có bộ nén ép bằng lò xo đĩa. Các lò xo đĩa chính là giảm khử dao động. Vít chuyên dùng để tăng mức độ ép các lò xo đĩa.
Nhiều máy với các lưỡi cưa đĩa được trang bị các bộ phận giới hạn dao động cho đĩa cưa. Chúng được chế tạo từ nhựa tectolit hay từ gỗ cứng và được điều chỉnh thủ công hay tự động.Trên các máy kiểu SA-4K bộ hạn chế rung động nếu áp dụng sẽ phải bố trí trong bàn máy và không ở vùng quan sát thấy. Điều này dẫn tới khó khăn cho điều chỉnh, quan sát quá trình làm việc hay đánh giá tính năng thường xuyên. Giải pháp cải tiến có hiệu quả nữa là dùng bộ tắt rung ép tác động tự động. Số lượng đầu ép là 4 chúng được lắp dưới bàn máy, cách đường trục lưỡi cưa 40mm trong các điểm của đường tròn đường kính 340mm. Đầu ép luôn được tiếp xúc với đĩa cưa để giảm dao động cho đĩa.
Các giải pháp về giảm chấn từ và giảm chấn trong dầu cho đĩa cưa cũng rất hiệu quả, tuy nhiên đòi hỏi cần phải có các cơ cấu phụ trợ và yêu cầu cao về kỹ thuật trong sử dụng.
Như vậy, đã có nhiều nghiên cứu về nguyên lý và nhiều mẫu cơ cấu giảm dao động cho đĩa cưa từ đó giảm tiếng ồn được đưa ra. Những kết cấu nêu trên còn những hạn chế đó là không được ứng dụng nhiều và chưa được
kiểm chứng tính hợp lý trong thời gian dài sử dụng với các điều kiện sản xuất, nhất là trong chế biến gỗ ở nước ta . Từ thực tế đó chúng tôi lựa chọn giải pháp khả thi nhất đẻ giảm dao động cho lưỡi cưa đãi trên máy SA-4K như sau.
b. Lựa chọn giải pháp giảm dao động cho đĩa cưa máy SA-4K
Giải pháp đưa ra để giảm dao động cho các đĩa cưa và từ đó giảm tiếng ồn đó là ép giữ các đĩa cưa bằng đĩa ốp có lớp giảm rung (hình 4.3).
- Đường kính đĩa ốp để kẹp lưỡi cưa trên trục được xác định theo công thức: d0,5 D mm .
Ở đây d - đường kính đĩa ốp, mm; D - đường kính đĩa cưa, mm.
- Vòng đệm giảm rung được chọn là cao su độ cứng trung bình. Tính toán chiều dày vòng đệm tương tự như đệm cách rung cho động cơ. Kết quả tính chọn chiều dày vòng đệm là 2,5mm.
- Mô phỏng kết cấu và tháo lắp đĩa ốp bằng phần mềm SolidWorks như hình 3.1 phụ lục 3.
Hạn chế của kết cấu này là giữa các đĩa ốp và vật liệu gia công hay giữa các đĩa ốp và bề mặt bàn máy có tồn tại khe hở lớn. Qua khảo nghiệm thử đã cho thấy khe hở giữa chúng khoảng 3mm là hoàn toàn đáp ứng yêu cầu làm việc bình thường, nghĩa là đường kính đĩa ốp khuyến nghị lựa chọn không phụ thuộc vào đường kính đĩa cưa, và có thể lớn hơn từ điều kiện làm việc.
Mặt bàn máy
Hình 4.4. Đĩa ốp ép đĩa cưa có lớp lớp giảm rung: