Kết quả nghiên cứu tính toán thiết kế, chế tạo thiết bị sấy liên tục ván bóc gỗ rừng trồng công suất 10 m3/ngày

Từ khóa: Sấy ván bóc gỗ rừng trồng; thiết bị sấy ván bóc; thiết bị sấy liên tục ván bóc

RESEARCH RESULTS ON THE CALCULATION, DESIGN, AND FABRICATION OF A CONTINUOUS DRYER FOR PLANTATION WOOD VENEER WITH A CAPACITY OF 10 m³/DAY

ABSTRACT

This paper presents the results of research on the calculation, design, and fabrication of a continuous drying system for peeled veneer from plantation wood, with a capacity of 10 m³/day. The system utilizes a chain conveyor and compartmentalized control of temperature and humidity. The main components include the drying chamber frame, chain conveyor system, Calorifer heating units, air circulation fans, and a central PLC-based control system. Technical specifications: drying chamber length L = 25 m, width Wbs = 1.8 m, height Hb = 3 m; total number of trays N = 1693 (830 trays inside the drying chamber); 9 Calorifer heating units (2.5 kW/unit) and 9 fans (2.2 kW each). Experimental results show that the system effectively dries veneer from an initial moisture content of 80% to 13% within 35 minutes, operating stably with uniform heat distribution. The dried veneer meets quality requirements. The equipment is suitable for small to medium-scale wood processing facilities in Vietnam.

Keywords: Drying of plantation wood veneer; veneer drying equipment; continuous veneer dryer.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngành chế biến gỗ Việt Nam hiện đang phát triển mạnh, với nhu cầu sử dụng nguyên liệu gỗ rừng trồng ngày càng tăng để sản xuất các sản phẩm ván nhân tạo như ván dán, ván ép, ván dăm, ván MDF. Trong đó, ván bóc là nguyên liệu cơ bản và thiết yếu để sản xuất ván dán, đồng thời cũng được sử dụng làm lớp bề mặt cho nhiều sản phẩm ván nhân tạo khác. Theo số liệu của Tổng cục Lâm nghiệp (2023), sản lượng ván bóc từ gỗ rừng trồng Việt Nam đạt khoảng 7-8 triệu m³/năm, trong đó phần lớn phục vụ xuất khẩu và sản xuất trong nước [5].

Chất lượng sản phẩm ván nhân tạo phụ thuộc chặt chẽ vào độ ẩm và độ đồng đều của ván bóc. Tuy nhiên, do đặc điểm ván bóc có độ mỏng lớn (thường 1,2–2,0 mm), dễ cong vênh, nứt nẻ nếu sấy không đúng kỹ thuật, nên quá trình sấy ván bóc đóng vai trò rất quan trọng. Hiện nay, ở Việt Nam, công nghệ sấy ván bóc chủ yếu sử dụng các phương pháp như: Sấy tự nhiên ngoài trời: Đây là phương pháp truyền thống, tận dụng ánh nắng tự nhiên. Ưu điểm là chi phí đầu tư thấp, dễ triển khai ở quy mô hộ gia đình. Tuy nhiên, nhược điểm lớn là phụ thuộc hoàn toàn vào điều kiện thời tiết, thời gian sấy kéo dài (thường 5–10 ngày), dễ gây hiện tượng nứt nẻ, mốc, chất lượng sản phẩm không đồng đều [1,2].  Sấy bằng lò sấy tĩnh: Phương pháp này sử dụng các buồng sấy kín, nhiệt độ được cấp từ hơi nước hoặc đốt trực tiếp. Ưu điểm là cho phép kiểm soát tốt hơn quá trình nhiệt - ẩm, rút ngắn thời gian sấy so với sấy tự nhiên, chất lượng ván ổn định hơn. Tuy nhiên, hệ thống này có nhược điểm là năng suất thấp, tiêu hao nhiên liệu lớn, yêu cầu nhiều nhân công vận hành và chi phí vận hành cao [4]. Sấy liên tục bằng thiết bị chuyền: Đây là công nghệ hiện đại, phổ biến ở Trung Quốc, Ấn Độ và Châu Âu. Ván bóc được đưa liên tục qua các vùng nhiệt độ khác nhau trên băng chuyền xích hoặc lưới thép. Ưu điểm nổi bật là năng suất cao, tự động hóa hoàn toàn, chất lượng sản phẩm đồng đều, tiết kiệm nhân công và giảm tiêu hao nhiên liệu do quá trình sấy tối ưu. Tuy nhiên, nhược điểm là yêu cầu vốn đầu tư ban đầu lớn và cần trình độ kỹ thuật vận hành thiết bị cao hơn [10,11].

Đối với điều kiện sản xuất tại Việt Nam, đặc biệt là ở các hợp tác xã chế biến gỗ quy mô vừa và nhỏ, việc lựa chọn mô hình thiết bị cần đáp ứng các yêu cầu như: Công suất trung bình khoảng 8–12 m³/ngày, chi phí đầu tư hợp lý,  dễ dàng vận hành và bảo trì.  Đồng thời,thiết bị cần được tự động hóa ở mức độ phù hợp nhằm giảm bớt nhân công, nhưng không quá phức tạp về mặt kỹ thuật để đảm bảo tính khả thi trong quá trình sử dụng.

Với những yêu cầu trên, mô hình thiết bị sấy liên tục bằng băng chuyền xích cài từng tấm ván là lựa chọn tối ưu. Thiết bị này cho phép kiểm soát tốc độ di chuyển của từng tấm ván qua các vùng nhiệt độ khác nhau, giúp ván bóc đạt được độ ẩm yêu cầu đồng đều, hạn chế nứt nẻ, cong vênh, đồng thời phù hợp với mức đầu tư và năng lực vận hành của các hợp tác xã.

2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tượng nghiên cứu

Ván bóc gỗ rừng trồng: Đối tượng vật liệu chính trong nghiên cứu là ván bóc được sản xuất từ loại gỗ rừng trồng phổ biến tại Việt Nam như keo tai tượng và bạch đàn (Acacia mangium), bạch đàn (Eucalyptus spp.)

Đặc tính cơ bản của ván bóc:

Độ dày ván: 1,2 mm – 2,0 mm.

Độ ẩm ban đầu: 50% – 70% (tính theo khối lượng khô tuyệt đối).

Khối lượng thể tích (mật độ gỗ): 450 – 650 kg/m³ tùy theo loài gỗ và độ tuổi khai thác.

Cấu trúc sợi gỗ: Sợi ngắn, độ liên kết trung bình, dễ hút nước và dễ bị biến dạng (nứt, cong vênh) nếu tốc độ sấy không phù hợp.

Giới hạn chịu nhiệt: Ván bóc có thể bắt đầu biến dạng nhiệt hoặc nứt nếu nhiệt độ bề mặt > 100°C trong điều kiện mất nước nhanh.

Yêu cầu sau sấy: Độ ẩm còn lại 8% – 14%, độ cong vênh nhỏ hơn 5 mm/m, không xuất hiện nứt nẻ bề mặt hoặc nứt xuyên.

Thiết bị sấy liên tục ván bóc có công suất 10 m³/ngày, sử dụng băng chuyền xích với cơ cấu khung cài từng tấm ván riêng biệt nhằm hạn chế cong vênh và dịch chuyển trong quá trình sấy. Nguồn nhiệt được cung cấp từ lò hơi qua bộ trao đổi nhiệt calorifer khí hơi vào buồng sấy, duy trì không khí sấy ở 70–120°C, phân chia theo nhiều vùng nhiệt để tối ưu quá trình tách ẩm. Băng chuyền vận hành với tốc độ điều chỉnh 0,5–2,0 m/phút phù hợp với yêu cầu công nghệ. Hệ thống điều khiển tự động cơ bản, giám sát liên tục nhiệt độ, độ ẩm và vận tốc băng chuyền theo từng giai đoạn.

2.2. Phương pháp nghiên cứu

Kế thừa các kết quả nghiên cứu về công nghệ sấy gỗ và thiết bị sấy liên tục, kết hợp khảo sát thực tế các mô hình sấy ván bóc hiện có để phân tích, lựa chọn các thông số hình học, thông số kỹ thuật và nguyên lý hoạt động của thiết bị sấy ván bóc công suất 10 m³/ngày.

Sử dụng các cơ sở lý thuyết về truyền nhiệt – truyền ẩm, lý thuyết thiết kế máy nông lâm nghiệp, khí động học và điều khiển tự động để xác định cấu tạo, nguyên lý hoạt động và quy luật phân bố nhiệt – ẩm trong buồng sấy dạng băng tải liên tục.

Phân tích đặc điểm vật liệu sấy (ván bóc keo, bạch đàn, ...), lựa chọn chế độ nhiệt độ và độ ẩm phù hợp theo từng giai đoạn, làm cơ sở xây dựng cấu hình buồng sấy gồm ba khoang với điều kiện nhiệt – ẩm riêng biệt và hệ thống phân phối gió cưỡng bức.

Hồ sơ thiết kế chế tạo được xây dựng bằng phần mềm SolidWorks, bao gồm các bản vẽ tổng thể, chi tiết 3D và mô phỏng hoạt động thiết bị theo tiêu chuẩn TCVN 8-30:2003 [6] và TCVN 8-40:2003 [7]. Hệ thống sấy gồm: khung buồng, băng tải xích, dàn nhiệt Calorifer, quạt hướng trục và hệ thống điều khiển trung tâm.

Thiết bị được chế tạo, lắp ráp tại xưởng cơ khí theo đúng bản vẽ thiết kế. Chương trình điều khiển được lập trình trên PLC, cho phép điều khiển tự động nhiệt độ, tốc độ băng tải và hoạt động của quạt theo từng khoang sấy, đảm bảo quá trình vận hành ổn định và chính xác.

3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

3.1. Kết quả nghiên cứu lựa chọn nguyên lý hoạt động của thiết bị sấy liên tục ván bóc gỗ rừng trồng

Cấu tạo thiết bị sấy liên tục ván bóc gỗ rừng trồng công suất 10 m³/ngày

Thiết bị sấy liên tục ván bóc được thiết kế và chế tạo với công suất 10 m³/ngày, bao gồm các bộ phận chính: hệ thống khung buồng sấy, bộ phận băng chuyền xích, cụm gia nhiệt và hệ thống điều khiển tự động được thể hiện trên Hình 1.

Hình 1. Cấu tạo thiết bị sấy liên tục ván bóc gỗ rừng trồng công suất 10 m³/ngày

1. lò hơi; 2, 4- vỏ thiết bị; 3- cửa điều tiết ẩm; 5- khung thiết bị sấy;

6- Dàn gia nhiệt;7- giá cài ván bóc

Hệ thống khung buồng sấy được chế tạo từ vật liệu có khả năng chịu nhiệt và cách nhiệt tốt, nhằm giảm thiểu tổn thất nhiệt năng trong quá trình vận hành. Buồng sấy được chia thành nhiều khu vực nhiệt khác nhau, cho phép điều chỉnh điều kiện sấy phù hợp với từng giai đoạn thoát ẩm của vật liệu. Cách bố trí này giúp nâng cao hiệu suất sấy và tiết kiệm năng lượng.

Bộ phận băng chuyền xích có cấu trúc dạng khung cài, cho phép cố định từng tấm ván bóc một cách riêng biệt. Thiết kế này giúp hạn chế tối đa tình trạng dịch chuyển hoặc cong vênh của ván trong quá trình sấy, đảm bảo chất lượng sản phẩm đầu ra.

Cụm gia nhiệt đóng vai trò cung cấp và phân phối không khí nóng trong buồng sấy. Không khí được cấp từ lò hơi thông qua cụm gia nhiệt, sau đó được dẫn vào buồng sấy và phân phối đồng đều theo từng khu vực. Dàn phân phối khí nóng của các khu vực được bố trí đối xứng, giúp tạo luồng khí tuần hoàn hiệu quả, đảm bảo quá trình trao đổi nhiệt – ẩm diễn ra đồng đều trên toàn bộ bề mặt ván bóc.

Hệ thống điều khiển tự động sử dụng các cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ băng chuyền để giám sát liên tục các thông số trong buồng sấy. Dữ liệu từ cảm biến được xử lý và truyền đến tủ điều khiển, từ đó điều chỉnh tự động các điều kiện vận hành nhằm đảm bảo quá trình sấy ổn định, chính xác và hiệu quả cao.

Ngoài ra, thiết bị còn được trang bị các bộ phận hỗ trợ như cửa điều tiết ẩm giúp xả hơi ẩm ra ngoài, vỏ thiết bị có khả năng cách nhiệt tốt và giá cài ván bố trí hợp lý nhằm đảm bảo sự ổn định của ván trong suốt quá trình sấy.

Hình 2. Sơ đồ nguyên lý tuần hoàn không khí

a- không khí nóng từ trái qua phải; b không khí nóng từ phải qua trái; 1- dàn nhiệt Calorifer; 2- quạt hướng trục; 3- Dòng khí di chuyển trong buồng sấy; 4- cửa thoát ẩm

Nguyên lý hoạt động:

Không khí sấy được đốt nóng thông qua hệ thống gia nhiệt (1) và được cấp vào buồng sấy nhờ quạt gió (2). Luồng khí nóng này di chuyển qua bề mặt các tấm ván bóc (3), thực hiện quá trình trao đổi nhiệt – ẩm, trong đó nhiệt được truyền cho ván để làm bay hơi nước, đồng thời không khí cuốn theo hơi ẩm thoát ra ngoài. Một phần không khí ẩm sau đó được xả ra ngoài qua cửa điều tiết ẩm (4) nhằm kiểm soát độ ẩm trong buồng sấy, phần còn lại được tuần hoàn về hệ thống gia nhiệt để tiếp tục chu trình. Quá trình này diễn ra liên tục, tạo thành một vòng tuần hoàn khép kín, vừa tận dụng hiệu quả nhiệt năng, vừa duy trì điều kiện sấy ổn định. Ngoài ra, chiều tuần hoàn không khí có thể được đảo từ phải sang trái hoặc ngược lại theo thiết kế hệ thống, nhằm tăng hiệu quả truyền nhiệt và giúp ván khô đều ở cả hai mặt.

3.2. Kết quả nghiên cứu tính toán một số thông số, kêt cấu chính của thiết bị sấy liên tục ván bóc gỗ rừng trồng

+ Xác định thông số và kết cấu của thiết bị sấy liên tục ván bóc gỗ rừng trồng

Buồng sấy liên tục được chia thành 3 khoang là giải pháp tối ưu để kiểm soát quá trình thoát ẩm của ván bóc, nhằm đảm bảo sấy nhanh nhưng không nứt gỗ, cong vênh, dựa trên thực nghiệm và lý thuyết sấy đối lưu khí nóng 3 khoang sấy điều tiết nhiệt độ và độ ẩm không khí tương ứng với 3 giai đoạn sấy ván bóc:

Giai đoạn 1 của quá trình sấy ván gỗ là giai đoạn sấy sơ cấp tương ứng khoang đầu, nhằm thoát ẩm tự do từ ván có độ ẩm ban đầu từ 80% xuống khoảng 45-50%. Nhiệt độ sấy trong giai đoạn này duy trì từ 65-70°C, với độ ẩm không khí (RH) từ 50-60%, và tốc độ gió 2-3 m/s. Mục tiêu là làm nóng ván, đẩy ẩm ra ngoài mà không sử dụng nhiệt độ cao để tránh sốc nhiệt và gãy nứt bề mặt ván.

Giai đoạn 2 của quá trình sấy ván gỗ là giai đoạn sấy trung gian diễn ra trong khoang giữa của buồng sấy, với mục tiêu thoát ẩm liên kết từ ván có độ ẩm ban đầu 50% xuống khoảng 20 – 25%. Nhiết độ sấy trong giai đoạn này duy trì từ 75 – 80 °C, với độ ẩm không khí từ 30- 40 %. và tốc độ gió 3-4 m/s [9]. Đây là giai đoạn quan trọng nhằm rút ngắn thời gian sấy và tiếp tục giảm độ ẩm của ván một cách hiệu quả.

Giai đoạn 3 là giai đoạn sấy kết thúc nhằm ổn định độ ẩm ván từ 20-25% xuống 13%. Nhiệt độ sấy duy trì 70-75°C, độ ẩm không khí 15-20%, và tốc độ gió 2-3 m/s. Mục tiêu là ổn định độ ẩm, tránh nứt do chênh lệch ẩm, và có thể làm nguội nhẹ để giảm ứng suất trong ván.

Như vậy xác định được thông số cài đặt 3 khoang sấy như sau:

Bảng 1. Bảng thông số yêu cầu kỹ thuật buồng sấy

Thiết bị sấy ván bóc với công suất yêu cầu  10 m³/ ngày, kích thước ván  dài x rộng x dầy 1270x640x2mm, thời gian sấy từ 25 – 35 phút , chọn là 30 phút. Mỗi ngày làm việc 8 giờ. Các thông số xác định cụ thể: kích thước khay sấy; chiều dài buồng sấy L (mm); chiều rộng buồng sấy W_bs (mm); chiều cao buồng sấy H_B (mm); số lượng quạt n ( quạt); công suất động cơ quạt P_quạt (kW); công suất động cơ tải xích là P_xích (kW).

+ Công suất lý thuyết phù hợp [3]:

Trong đó: Q_lt – công suất lý thuyết m³/ngày; Q_t – Công suất thực máy , 10 m³/ngày, ƞ – hệ số tổng thể của hệ thống, thường được chọn trong khoảng từ 0,75÷0,85, chọn ƞ= 0,8.

Thay vào công thức xác định được công suất lý thuyết: Q_lt = 12,5 m³/ngày

+ Xác định số lượng ván cần sấy mỗi ngày

Thể tích một tấm ván:

V_ván = 1,27 m x 0,64 m x 0,002 m = 0.001625 m³

Số tấm ván cần sấy mỗi ngày:

Với chu kỳ sấy trong 1 ngày 12 lượt,  thì số tấm ván cần sấy mỗi lượt là  641 tấm/ lượt, như vậy số tấm ván  thực tế cần thiết trong 1 lượt là :

Trong đó: N_t- số tấm ván bóc sấy thực, N_lt- số ván bóc sấy tính toán lý thuyết, 641 tấm, ƞ₁- hiệu suất vận hành máy, thông thường chọn trong khoảng 0,75÷0,8, chọn ƞ₁= 0,775

Thay số vào công thức số tấm ván bóc sấy thực tế cần thiết N_t  = 830 tấm/ lượt

+ Xác định kích thước khay đặt ván bóc:

Chiều rộng khay được tính theo công thức: W_k = W_v + 2x C₁

Trong đó: W_k – chiều rộng khay (mm); W_v - Chiều rộng ván, ở đây là 640 mm; C₁- khoảng hở mỗi bên của khay, thường nằm trong khoảng 25 -35 mm, chọn 30 (mm) để đảm bảo lưu thông không khí và dễ thao tác.

Thay vào công thức được chiều rộng khay: W_k = 700 (mm)

Chiều dài khay- tức chiều đỡ và kẹp tấm ván, được xác định theo công thức:

L_k = (0,6 ÷ 0,8 ) x L_v

Trong đó: L_k- chiều dài khay (mm), L_v­- chiều dài của tấm ván bóc, ở đây là 1270 mm

Chọn hệ số trung bình là 0,7, xác định được  L_k = 0,7 x 1270 = 889 (mm)

Để thuận tiện trong chế tạo và đồng bộ thiết bị, chiều dài khay được làm tròn và chọn là 900 (mm).

+ Xác định kích thước buồng sấy

Chiều dài buồng sấy tính theo công thức: L= N₁ x a

Trong đó : L- chiều dài buồng sấy (mm); N₁- số lượng khay trong buồng sấy, mỗi khay đặt 1 tấm ván bóc,  nên N₁ = N_t  = 830 (khay); a- khoảng cách giữa các khay 30 mm.

Thay số vào công thức chiều dài buồng sấy : L = 830x30 = 24.900 (mm), làm tròn thành 25.000 (mm) để thuận tiện gia công chế tạo và lắp đặt

Chiều rộng buồng sấy tính theo công thức: W_bs = W_k + W_kn + W_vb  +  2 x C₂

Trong đó: W_bs – chiều rộng buồng sấy (mm); W_bs – chiều rộng khay đỡ ván, 700 (mm); W_kn – chiều rộng khoang điều tiết nguồn nhiệt, 500 (mm); W_vb – chiều rộng vách buồng sấy 75 (mm); C₂ -khoang hở cách vách buồng sấy, thông thường chọn trong khoảng 200 ÷ 300, chọn C₂ = 250 mm.

Thay vào công thức được chiều rộng của buồng sấy: W_bs =  700+500+75+2x 250 =1.775 mm, làm tròn thành 1.800 (mm) để thuận tiện gia công chế tạo và lắp đặt

Chiều cao buồng sấy tính theo công thức:

Trong đó: H_B – chiều cao buồng sấy ,mm; H_v – chiều cao tấm ván, 1270 mm; H_tk – chiều cao kênh dẫn khí nóng,  thường được chọn trong khoảng 100 ÷ 300, chọn H_tk = 200 mm; H_k – chiều cao khung, 75 mm; C₃  khoảng cách khe hở giữa ván và vách, 100 mm,

Thay vào công thức chiều cao buồng sấy: H_B = 1.745 mm, để an toan, dễ thi công và bảo trì làm tròn thành 1.800 mm.

 Chiều cao chân buồng sấy tính theo công thức:

Trong đó: H_cb – chiều cao buồng sấy , mm; H_k – chiều cao khay sấy, 900 mm; C₄ khoang hở khay với mặt sàn, thông thường chọn trong khoảng 100 ÷ 300, chọn C₂ = 150 mm; C₅ độ võng của xích, với khoảng cách giữa hai trụ đỡ xích là 3000 mm có độ võng C₂ = 150 mm; .

Thay vào công thức chiều cao chân buồng sấy: H_cb = 1.200 mm.

Tổng chiều dài dây truyền xích vòng tròn bao gồm xích đi – về - cong chuyển hướng

L_t = 2 x L + 2 x L_c

Trong đó: L_t – tổng chiều dài dây truyền xích, mm; L- chiều dài buồng sấy, 25.000 mm; L_c – đoạn cong mỗi đầu, 400 mm.

Thay số được tổng chiều dài dây truyền xích : L_t = 50.800 (mm)

Tổng số lượng khay:

Như vậy số lượng khay cần thiết cho hệ thống băng xích vòng tròn là 1693 (khay) trong đó 830 (khay) nằm trong vùng nhiệt (buồng sấy) còn lại 863 (khay) nằm ở đoạn hồi phía dưới và 2 đầu chuyển hướng.

+ Tính toán chọn lựa bộ phận gia nhiệt

Công suất nhiệt cần thiết được ước tính theo công thức thực nghiệm [8]:

Trong đó: Q- công suất nhiệt, kW; V- thể tích buồng sấy, 81 m³; q: hiệu suất tiêu hao nhiệt riêng, thường chọn từ 100 – 150 W/ m³ đối với sấy gỗ mỏng, liên tục, thoát ẩm cao, chọn q = 130.

Thay vào công thức công suất nhiệt cần thiết: Q = 10.5 kW

Do quá trình sấy liên tục, cần bù thêm cho tổn thất nhiệt qua vỏ, luồng khí ẩm thoát ra và trao đổi không khí, nên thường nhận hệ số an toàn 2-2,5, chọn là hệ số là 2,2.

    Dàn nhiệt calorifer có kích thước tiêu chuẩn 1.3 x 1.0 m là từ nhôm tản nhiệt, cấu tạo gồm ống nhôm nhiều lớp với cánh tản. Theo thông số khảo sát và kinh nghiệm kỹ thuật, mỗi dàn nhiệt nhôm Calorifer có khả năng truyền nhiệt từ 2.0 đến 3.0 kW. Trong điều kiện sấy ván bóc mỏng, giá trị trung bình thường lấy là: Q_calorifer = 2,5 kW.

Số lượng dàn nhiệt được xác định dựa trên tổng công suất nhiệt yêu cầu và công suất mỗi dàn:

+ Tính toán chọn lựa hệ thống quạt

Thể tích buồng sấy:   

Yêu cầu luân chuyển khí: 700÷900 lần/h, lựa chọn giá trị trung bình 800 lần/h

Sử dụng quạt hướng trục, cánh nhôm có đường kính cánh 800 (mm), lưu lượng khoảng 6.000 ÷10.000 m³/h, lựa chọn giá trị trung bình được Q_quạt = 8000 m³/h.

Số lượng quạt cần thiết:

Vậy chọn số lượng quạt là 9 quạt.  Số quạt được phân bố đều cho 3 khoang sấy dọc theo chiều dài buồng, lắp quạt theo cấu hình đối lưu cưỡng bức hút không khí từ dàn nhiệt, thổi vào lớp ván bóc.

Tính toán công suất quạt: Công thức tính công suất quạt

Trong đó: Q- lưu lượng không khí (m³/h), Q =8.000 m³/h; H- cột áp (pa)- với hệ thống sấy ván bóc thường lấy 300 – 500 pa, chọn H = 400 pa; ρ- mật độ không khí, ρ= 1,2 kg/m³; ƞ – hiệu suất quạt và động cơ 0,6- 0.65.

Như vậy công suất  động cơ quạt :

Lựa chọn động điện 3 pha có công suất 2,2 kW, tốc độ vòng quay là 1450 vòng/ phút.

+ Xác định thông số chính của bộ phận băng tải xích vận chuyển ván

Tính toán sơ bộ tốc độ băng tải: Chiều dài buồng sấy: 25 m và thời gian sấy trung bình: 30 phút = 1800 giấy

Tốc độ băng tải:

+ Tính toán công suất động cơ băng tải xích:

Công suất cần thiết được tính theo công thức:

Trong đó: F- lực kéo , N; v- tốc độ băng chuyền, 0,014 m/s;

Xác định lực kéo (F):  là lực kéo cần thiết để kéo hệ thống băng tải xích được tính theo công thức:

Trong đó: µ - hệ số ma sát, 0,08; M_tổng – tổng trọng tải của hệ thống, kg; g – gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s².

Xác định tổng trọng tải của hệ thống bao gồm: khối lượng ván (830 tấm ván), khối lượng khay (1693 khay), khối lượng xích tải với trọng lượng 4-6kg/m, chọn trung bình: 5kg/m, chiều dài xích vong tròn có chiều dài:  L = 50,8 m.

Khối lượng của tấm ván: m_v = V. ρ_gỗ

Trong đó: V- thể tích tấm ván, V = 0,001625 m³; ρ_gỗ - khối lượng riêng gỗ bóc, ρ_gỗ = 550 kg/m³

Thay số được khối của 1 tấm ván bóc la: m_v = 0,001625 x 550 = 0,894 (kg)

Như vậy tổng khối lượng của ván là: M_v = 0,894 x 830 =742 (kg)

Khối lượng khay là: M_khay = 1693 x 1,5 = 2539 (kg)

Khối lượng xích tải: M_xích = 50,8 x5 = 254 (kg)

Tổng trọng tải kéo: M_tổng = M_ván + M_khay + M_xích = 742 +2539+ 254 = 3535 (kg).

 Như vậy lực kéo được xác định là: F = 0,8 x 3535 x 9,81 =27742 (N)

Thay vào công thức được công suất yêu cầu tại tải xích là:

Công suất đầu vào đông cơ ( qua trục vít – bánh vít)

Áp dụng hệ số dự phòng là 1,5 cho công suất: P_chọn = 1,5 x 863,08 =1294 (w)

Chọn động cơ có công suất là : 1,5 kW, tốc độ trục ra 14 vòng/ phút.

Như vậy, kết quả tính toán được thông số kỹ thuật chính và các thông số hình học của thiết bị sấy liên tục ván bóc gỗ rừng trồng, từ đó làm cơ sở xây dựng các bản vẽ thiết kế, bản vẽ chế tạo được trình bày trên phần mềm Solidwork.

3.3. Kết quả thiết kế, chế tạo hoàn thiện thiết bị sấy liên tục ván bóc gỗ rừng trồng

Thiết bị sấy liên tục ván bóc gỗ rừng trồng được thiết kế, chế tạo và lắp đặt gồm các bộ phận chính như sau:

Khung buồng sấy được chế tạo từ thép hộp mạ kẽm sơn chịu nhiệt, vách buồng sử dụng panel PU kết hợp tôn cách nhiệt dày 50 mm nhằm đảm bảo hiệu quả cách nhiệt. Khung được nâng cao 1,2 m để thuận tiện cho việc bảo trì, lắp đặt băng tải ván bóc.

Bộ phận băng tải xích: sử dụng băng tải xích chịu nhiệt, chuyển động liên tục. Khay đỡ ván làm bằng thép tròn chịu nhiệt, có gờ giữ ván giúp cố định vị trí và chống rơi lệch trong quá trình sấy.

Cụm gia nhiệt: sử dụng nguồn nhiệt từ lò hơi, truyền nhiệt bằng hơi nóng cưỡng bức. Các dàn gia nhiệt được bố trí dọc theo chiều dài buồng sấy, phối hợp với hệ quạt để tăng hiệu quả truyền nhiệt.

Hệ thống quạt: gồm các quạt hướng trục chịu nhiệt, có chức năng tuần hoàn không khí nóng, đảm bảo phân bố nhiệt đều trong toàn bộ buồng sấy.

Tủ  điều khiển: gồm bộ điều khiển trung tâm PLC, kết hợp cảm biến nhiệt độ và độ ẩm. Hệ thống cho phép điều khiển tự động các thông số như nhiệt độ sấy, tốc độ băng tải và vận hành quạt.

Hình 3. Mô hình chế tạo thiết bị sấy liên tục ván bóc gỗ rừng trồng

1- Khung ; 2- Băng tải xích lắp khay cài ván; 3- Động cơ tải xích ; 4 – khoang phân phối khí nóng; 5 – đường ống cung cấp nhiệt; 6 -dàn nhiệt calorifer.

3.4. Kết quả khảo nghiệm thiết bị sấy liên tục ván bóc gỗ rừng trồng

Thiết bị sấy liên tục được khảo nghiệm với hai loại ván bóc từ gỗ keo nhằm đánh giá các chỉ tiêu: độ ổn định, an toàn thiết bị; tốc độ chuyển ván (m/s); nhiệt độ tại từng khoang sấy và khả năng điều khiển; năng suất và chất lượng sản phẩm.

Kết quả khảo nghiệm đánh giá các chỉ tiêu độ ổn định, an toàn thiết bị; tốc độ chuyển ván (m/s); nhiệt độ tại từng khoang sấy và khả năng điều khiển, được thể hiện trên Hình 4.

Hình 4. Biểu đồ nhiệt độ, độ ẩm và thời trong quá trình sấy

Kết quả biểu đồ (Hình 4) cho thấy quá trình sấy ván bóc được chia làm ba giai đoạn tương ứng với ba khoang sấy. Giai đoạn 1( khoang đầu): Nhiệt độ tăng từ nhiệt độ môi trường lên mức 65–70 °C, độ ẩm tương đối duy trì 50–60%. Thời gian sấy giai đoạn này khoảng 10–12 phút. Trong giai đoạn này, độ ẩm ván giảm nhanh từ 80% xuống khoảng 45% do sự chênh lệch ẩm lớn giữa vật liệu và không khí sấy, tốc độ thoát ẩm cao nhờ vào khả năng hút ẩm ban đầu của không khí nóng và khả năng bay hơi mạnh ở bề mặt; Giai đoạn 2 (khoang giữa): Nhiệt độ được nâng lên mức 75–80 °C, độ ẩm không khí giảm xuống 30–40%, kéo dài khoảng 13–15 phút. Độ ẩm ván tiếp tục giảm từ 45% xuống khoảng 20%. Trong giai đoạn này, tốc độ thoát ẩm chậm lại do ván đã khô hơn. Quá trình gia nhiệt duy trì ổn định nhờ hệ thống điều khiển tự động, đảm bảo độ đồng đều nhiệt giữa các khay; Giai đoạn 3 (khoang cuối): Nhiệt độ duy trì ở mức 70–75 °C, độ ẩm không khí giảm xuống còn 15–20%. Giai đoạn này kéo dài 8–10 phút để hoàn tất quá trình sấy, đưa độ ẩm từ 20% xuống 13%. Tốc độ thoát ẩm ở giai đoạn này rất chậm do có sự cân bằng giữa ẩm trong ván và không khí sấy. Việc kiểm soát chính xác nhiệt độ và độ ẩm ở giai đoạn này là cần thiết để tránh hiện tượng nứt vỡ hay cong vênh ván. Tổng thời gian sấy đạt khoảng 35 phút, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật sấy ván bóc.

Kết quả khảo nghiệm đánh giá các chỉ tiêu năng suất và chất lượng sản phẩm Hình 5.

Hình 5. Biểu đồ khảo nghiệm sấy ván bóc theo năng suất và chất lượng

Từ biểu đồ (Hình 5) cho thấy quá trình sấy ván bóc keo trong 5 ca máy với hai tiêu chí, với hai tiêu chí đánh giá là năng suất và chất lượng sản phẩm. Năng suất thiết bị sấy trung bình dao động từ 12,0 đến 12,4 m³/ca, đạt trung bình 12,2 m³/ca. Chất lượng ván sau sấy đạt trên 95,8%, cao nhất là 96,5%. Kết quả cho thấy quá trình sấy được kiểm soát ổn định, đảm bảo hiệu quả cả về sản lượng và chất lượng sản phẩm.

Kết quả khảo nghiệm cho thấy, nguyên lý làm việc của thiết bị sấy ván bóc phù hợp với đặc điểm của vật liệu sấy là ván bóc mỏng dễ biến dạng. Thiết bị vận hành ổn định, đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật về thiết kế và chế tạo. Hệ thống băng tải chuyển ván hoạt động trơn tru, phân phối nhiệt đồng đều giữa các khoang sấy nhờ hệ thống quạt và dàn nhiệt bố trí hợp lý. Quá trình cài đặt và điều khiển nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ băng tải được thực hiện chính xác thông qua bộ điều khiển trung tâm, đảm bảo duy trì điều kiện sấy ổn định theo từng giai đoạn. Thiết bị đáp ứng tốt yêu cầu sấy từ độ ẩm ban đầu 80% xuống còn 13% trong thời gian yêu cầu, đảm bảo năng suất và chất lượng sản phẩm đầu ra.

4. KẾT LUẬN

Kết quả nghiên cứu đã xác định được nguyên lý làm việc và cấu tạo phù hợp để tính toán, thiết kế và chế tạo thành công hệ thống thiết bị sấy liên tục ván bóc gỗ rừng trồng.

Thiết bị có công suất sấy đạt 10 m³/ca, buồng sấy có chiều dài 25 m, rộng 1,8 m và cao 3 m, đáp ứng yêu cầu về công suất và kích thước tiêu chuẩn của ván bóc. Hệ thống gồm 1.693 khay ( 830 khay trong buồng sấy), mỗi khay có kích thước 900 × 700 × 30 mm, phù hợp với dạng ván mỏng cần sấy nhanh và đồng đều.

Hệ thống băng tải xích vận chuyển ván sử dụng động cơ công suất 1,5 kW, đảm bảo vận chuyển khay ổn định và liên tục. Gia nhiệt bằng 9 dàn Calorifer (2,5 kW/dàn) kết hợp 9 quạt hướng trục (2,2 kW/quạt), đảm bảo phân phối khí nóng đều. Hệ thống điều khiển trung tâm cho phép kiểm soát chính xác nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ băng tải theo từng khoang sấy.

Kết quả khảo nghiệm cho thấy thiết bị hoạt động ổn định, an toàn, đáp ứng tốt yêu cầu kỹ thuật sấy ván bóc keo, từ độ ẩm ban đầu 80% xuống còn 13% trong thời gian 35 phút. Thiết bị có khả năng vận hành liên tục, đảm bảo chất lượng ván sau sấy không cong vênh, nứt gãy, phù hợp cho ứng dụng trong sản xuất công nghiệp.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Trần Văn Đắc (2015), Giáo trình Công nghệ sấy gỗ, Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam.
2. Nguyễn Văn Hòa, "Một số giải pháp cải tiến công nghệ sấy ván bóc gỗ rừng trồng", Tạp chí Lâm nghiệp Việt Nam, số 5, tr. 45-49, 2021.
3. Nguyễn Văn Hùng (2020), Tính toán thiết kế thiết bị sấy gỗ công nghiệp, Luận văn Thạc sĩ, Đại học Bách khoa Hà Nội.
4.  Lê Thanh Tùng, "Kỹ thuật sấy gỗ và ứng dụng trong chế biến ván nhân tạo", Nhà xuất bản Nông nghiệp, 2020.
5. Tổng cục Lâm nghiệp, "Báo cáo hiện trạng sản xuất ván bóc và ván nhân tạo Việt Nam năm 2023", Hà Nội, 2023.
6. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8-30:2003 (ISO 128-30:2001) về bản vẽ kỹ thuật - Nguyên tắc chung về biểu diễn - phần 30: Quy ước cơ bản do Bộ Khoa học và Công nghệ ban hành.
7. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8-40:2003 (ISO 128-40: 2001) về bản vẽ kỹ thuật - Nguyên tắc chung về biểu diễn- Phần 40: Quy ước cơ bản về mặt cắt và hình cắt do Bộ Khoa học và Công nghệ ban hành.
8. FAO (1992), Drying Technologies for Agricultural and Wood Products.
9. Plywood Association of Australia (2022), Veneer Drying Best Practices Handbook.
10. Simpson, W.T. (1991) – “Dry Kiln Operator’s Manual”, USDA Forest Service – Agriculture Handbook No. 188.
11. Zhang Wei, "Advances in Veneer Drying Technologies", Journal of Wood Science and Technology, Vol. 58, No. 3, pp. 243–256, 2022.

Ngày nhận bài: 2/8/2025