Đề tài : Máy cắt rau quả ppt

Cơ sở lý thuyết của quá trình cắt thái - Cơ sở lý thuyết của quá trình cắt thái bằng lưỡI dao Trong quá trình cắt thái lưỡi dao cạnh sắc AB của dao có thể chuyển động theo hướng pháp tuy

1 Mở đầu

Việt Nam trong tiến trình thực hiện chủ trương CNH – HĐH đã đạtđược những thành tựu vô cùng to lớn trong nhiều lĩnh vực: kinh tế, chính trị,văn hóa, xã hội… Mặc dù nước ta đang trên con đường hội nhập và trên đàtiến tới một nước có nền công nghiệp hiện đại nhưng nông nghiệp vẫn làmột trong những ngành chủ lực mà chúng ta cần phải đầu tư và phát triển

Với việc áp dụng ngày càng cao tiến bộ khoa học kỹ thuật vào sảnxuất Nông nghiệp đã làm cho năng suất và sản lượng ngày càng tăng lên.Không những đủ để phục vụ nhu cầu tiêu dùng trong nước mà còn xuất khẩu

ra thị trường nước ngoài Bên cạnh đó cũng cần phải kể đến đàn gia súc vàgia cầm ngày càng tăng lên nhanh chóng Với số lượng lớn như vậy thì việcsản xuất và chế biến thức ăn cho chúng cũng là một yêu cầu hết sức quantrọng Để giải quyết vấn đề này chúng ta không thể sản xuất và chế biến thức

ăn chăn nuôi bằng phương pháp thủ công, lạc hậu được mà đòi hỏi phải sửdụng các loại máy móc để tăng năng suất và giảm bớt gánh nặng cho ngườilao động Trong rất nhiều loại máy dùng để sản xuất và chế biến thức ăn

chăn nuôi thì máy “cắt thái rau, củ quả” là một trong những thiết bị rất cần

thiết bị rất cần thiết để đáp ứng nhu cầu đó

1

2 Nội dung nghiên cứu

Máy thái thức ăn chăn nuôi

Các loại thức ăn chăn nuôi thường được cắt thái bởi lưỡi dao có dạng nêm phẳng hoặc nêm không gian Lực cắt của dao gây một đáng kể vào nguyên vật liệu cắt dẫn đến sự phá hủy mối liên kết giữa các phân tử và làm tách rời chúng ra Quá trình cắt thái phụ thuộc nhiều yếu tố như dạng hình học của dao, đặc tính nguyên liệu cắt, chế độ động học và động lực học của

bộ phận cắt thái… Hiện nay máy thái được sủ dụng nhiều trong công nghệ chế biến thức ăn gia súc Phần lớn các nguyên liệu dùng để làm thức ăn gia súc, nhất là các thức ăn tươi như các loại rau củ quả đều phải trải qua công đoạn thái Vì thế máy thái có ý nghĩa quan trọng trong dây chuyền chế biến thức ăn trong chăn nuôi

2.1 Mục đích và yêu cầu kỹ thuật

Máy thái thức ăn chăn nuôi có nhiệm vụ làm nhỏ rau củ tươi, khô thành những đoạn ( dài, ngắn), hoặc củ quả thành những lát ( dày, mỏng) vớinhững kích thước đoạn thái hay lát thái điều chỉnh được theo quy định đối với các loại vật nuôi Đôi khi yêu cầu có những kích thước nhỏ hơn không cần điều chỉnh và xác định độ dài đoạn thái, cụ thể: thức ăn thô được thái, băm so với cáh cho ăn cả cây, cả củ sẽ tốt hơn vì súc vật tận dụng được rau

củ cả non lẫn già, dễ nhai, dễ tiêu hóa hoặc thái rồi phơi sấy sẽ chống khô hơn, sấy rồi đem băm thái cũng là để nghiềm bột dễ nhỏ hơn

* Yêu cầu kỹ thuật đối với máy thái thức ăn

• Phải có tính chất vạn năng: thái được nhiều loại rau cỏ, củ quả

• Điều chỉnh được độ dài đoạn thái hoặc bề dày lát thái phù hợp với các loại vật nuôi: đối với trâu bò, rau cỏ cần thái dài 40- 50

mm, củ quả cần thái dầy 8 – 12mm; đối với lợn: rau cỏ cần thái dài 10 – 20mm, củ quả cần thái dày 5 – 8mm với lát hẹp; đối với gia cầm: rau cỏ cắt thái dài dưới 10mm, củ quả cần băm haynạo thành các mảnh vụn độ 3 – 4mm Rau cỏ xanh cần thái dài

20 – 40mm Rơm cỏ động chuồng ủ phân cần thái dài khoảng 100mm

• Khi thái không làm nát, ép mất nhiều nước trong rau, củ nhưng thái thân cứng cần làm mềm đoạn thái; lát thái củ quả cần bảo đảm đều, ít vỡ vụn

• Có đủ bộ phận cơ khí hóa cung cấp rau củ và máy và thu các đoạn thái, lát thái ra

• Phải có năng suất cao: trong điều kiện quy mô chăn nuôi hiện nay của nước ta đòi hỏi năng suất máy thái khoảng 1 – 3 t/h

• Phải có cho phí năng lượng riêng thấp( hiện nay khoảng

1Kwh/t)

• Phải dễ điều khiển, chăm sóc, sử dụng thuận tiện, dễ mài dao

• Cấu tạo gọn, bền vững, có các bộ phận che chắn, bảo đảm an toàn lao động

2.2 Cơ sở lý thuyết của quá trình cắt thái

- Cơ sở lý thuyết của quá trình cắt thái bằng lưỡI dao

Trong quá trình cắt thái lưỡi dao cạnh sắc AB của dao có thể chuyển động theo hướng pháp tuyến P tức là vuông góc vớI vật cắt hoặc theo hướng R ( vừa chuyển động theo hướng pháp tuyến vừa chuyển động theo hướng tiếp tuyến của vật cắt)

Những thí nghiệm của viện sĩ Goriatskin V.P đã chứng minh rằng nếucắt thái theo hướng nghiêng sẽ giảm được lực cắt cần thiết và tăng chất lượng vật liệu thái so với cắt thái theo phương pháp tuyến Thí nghiệm đó được tiến hành như sau: dùng một cân Rôbecvan, trên đĩa A lần lượt đặt những quả cân N(g) nặng khác nhau, bên kia đĩa thay bằng lười dao B, lắp lưỡi dao quay lên trên

Thí nghiệm cắt những cọng rơm C có bộ phận D giữ và đè cọng rơm vào lưỡi dao với những độ dịch chuyển S mm Kết quả được trình bày như sau:

Goriatskin gọi trường hợp cắt pháp tuyến là quá trình chặt bổ,cắt thái không trượt; trường hợp cắt nghiêng là quá trình cắt thái có trượt Rõràng là khi cắt thái có trượt, lực cần thiết để cắt thái giảm so với khi cắt tháikhông trượt: ta cũng có thể giải thích điều này bằng một số cơ sỏ vật lý củaquá trình cắt thái bằng lưỡi dao: Lưỡi dao dù rất sắc nhưng khi soi qua kìnhhiển vi, cũng thấy rõ ngững răng lồi lõm như lưỡi cưa Do đó khi lưỡi dao dichuyển có thêm hướng tiếp tuyến nghĩa là có trượt thì lưỡi dao sẽ phát huyđược tác dụngcưa đứt vật thái Còn lưỡi dao chủ lực cắt theo hướng pháptuyến đó là quá trình cắt thái bằng nêm, lực cắt tháiphải khắc phục ứng suấtnến để cắt đứt vật thể Khi cắt có trượt thì một phần lực cắt sẽ chỉ khắc phụcứng suất kéo mà các nguyên liệu thì ứng suất kéo luôn nhỏ hơn đáng kể sovới ứng suất nén Nhờ đó tổng hợp lực cắt thái sẽ nhỏ.

Hình 2 : tác dụng cắt trượt giảm chiều rộng lát thái

Mặt khác khi cắt thái có trượt lưỡi dao theo phương P làm cho đoạn thái ∆S có bề rộng tháo bp nhỏ hơn bề rộng bn ứng với trường hợp cắt thái không trượt có cùng đoạn thái ∆S Diện tích lát cắt S cả hai trường hợp trên

là bằng nhua những đường dịch chuyển của lưỡi dao ở trường hợp thái có trượt dài hơn

b n r

A A

A A n b A A

F b

p

n p

cos

.

Vì vậy quá trình cắt thái dễ dàng hơn, lực cắt thái nhỏ hơn

2.3 Các yếu tố ành hưởng đến quá trình cắt thái nói chung:

Để cắt thái vật liệu được thành đoạn (hay lát) bảo đảm chất lượng, giảmđược năng lượng cắt thái, ta cần xét đến một số yếu tố chính thuộc phạm vidao thái và vật thái ảnh hưởng đến quá trình cắt thái:

2.3.1 áp suất riêng q (N/cm) của cạnh sắc lưỡi dao trên vật thái:

Đây là yếu tố chủ yếu trực tiếp đảm bảo quá trình cắt đứt vật thái và liênquan đến các yếu tố khác thuộc phạm vi dao thái và vật thái

Nếu gọi lực cắt thái cần thiết là Q(N) và độ dài lưỡi dao là ∆S (cm) thì:

Q = Pt + T1 + T2.cosσ ,N (4)

Nếu cắt thái chặt bổ (không trượt):

- Đối với rơm q = 50 ÷ 120 N/cm

- Đối với rau cỏ q = 40 ÷ 80 N/cm

- Đối với củ quả q = 20 ÷ 40 N/cm

Khi cắt thái các vật đàn hồi, áp suất riêng gây ra hai giai đoạn: Đầu tiên

là lưỡi dao nén ép vật thái một đoạn, rồi đến cắt đứt vật thái Trong quá trìnhlưỡi dao đi vào vật thái còn phải khắc phục các lực ma sát T1 do áp lực cảncủa vật thái tác động vào mặt bên của dao và T2 do vật thái dịch chuyển bị

ép tác động vào mặt vát của cạnh sắc lưỡi dao

Nếu gọi Pt là lực cản cắt thái thì:

Q = Pt + T1 + T2 .cosσ (5)

σ – góc mài của lưỡi dao

2.3.2 Các yếu tố chính thuộc về dao thái:

a Độ sắc s (mm) của cạnh

sắc lưỡi dao:

Chính là chiều dày s của nó Độ

sắc cực tiểu đạt tới 20 ÷ 40 μm

đối với các máy thái trong chăn

nuôi, s không vượt quá 100 μm,

nếu s quá 100 μm lưỡi dao coi như

bắt đầu cùn và thái kém

Rõ ràng là độ sắc s càng lớn thì áp suất riêng q càng tăng

Nếu gọi ứng suất cắt của vật thái là σc thì:

Hình 3 : Góc cắt thái

Góc đặt dao β phải tính toán thiết kế sao cho lớp rau củ sau khi được tháixong và tiếp tục được cuốn vào, sẽ không chạm vào mặt dao, tránh ma sát vôích Vấn đề tính toán góc đặt dao β sẽ phụ thuộc vào vận tốc quay của daothái, vận tốc cuốn rau vào, dạng cạnh sắc của lưỡi dao, v.v…

Góc mài dao σ đã được Renznik N.E nghiên cứu và đề suất (1975) côngthức thể hiện ảnh hưởng đến lực cắt thái:

÷30˚); đối với các máy thái củ quả, σ = 18 ÷25˚

c Độ bền của vật liệu làm dao

Dao có chất lượng bền thì lâu cùn, thái tốt Khi đó, công nén lớp vật thái

do lưỡi dao tác động lúc ban đầu sẽ tốn ít hơn và công cản thái cũng nhỏhơn

7

N/cm q

V, m/s

Hình 5 : Vận tốc dao thái11

α σ

β

δ σ

d Vận tốc của dao thái v (m/s):

Vận tốc dao thái ảnh hưởng đến quá trình cắt thái, thể hiện cụ thể bằngnhững đồ thị thực nghiệm biểu diễn sự biến thiên của áp suất riêng q hoặclực cắt thái Pt và công cắt thái Act với vận tốc của dao thái

Theo Renzik, ta có thể tính theo công thức thực nghiệm:

Pt = 75.10− 0 , 0019q.v2 , 6 + 40 (9)

Vận tốc tối ưu bằng 35 ÷ 40 m/s

2.3.3 Điều kiện trượt của lưỡi dao trên vật thái

Như chúng ta đã thấy ở trên, đường trượt của lưỡi dao trên vật thái (haycủa vật thái trên lưỡi dao theo quan hệ tương hỗ) càng dài thì lực cản cắtcàng giảm Để thể hiện hiện tượng trượt nói chung của lưỡi dao trên lớp vậtthái, ta vẽ và phân tích hình vận tốc v của một điểm M ở lưỡi dao khi tácđộng vào lớp vật thái

Vn Vt

Theo định nghĩa của gơriaskin, góc hợp bởi vận tốc v (vận tốc tuyệt đối)với thành phần pháp tuyến vn gọi là góc trượt τ, tỷ số giữa trị số vận tốc tiếptuyến vt và vận tốc pháp tuyến vn gọi là hệ số trượt ε:

Nhưng theo thực nghiệm, Gơriaskin đã chứng minh rằng lực cắt thái bắtđầu giảm nhiều, đáng kể, không phải ứng với bất kỳ góc trượt τ của dao cótrị số tương đối nhỏ nào đó, mà ứng với trị số góc trượt nhất định của dao.Theo thí nghiệm của viện sĩ Ziablôv V.A, lực cắt thái sẽ giảm nhiều với góctrượt τ ≥ 30˚ Như vậy có nghĩa là hiện tượng cắt của dao đối với vật thái sẽ

có một điều kiện chung để phát huy thực sự mạnh mẽ tác dụng của cắt trượt,

để giãm được lực cắt thái nhiều hơn

Phát triển các lí luận nghiên cứu về cắt thái của Gơriaskin, viện sĩGiưligôpski V.A đã phân tích nội dung vật lý của vấn đề này như sau:

Chúng ta hãy xét các lực tác động giữa lưỡi dao và vật thái: tất nhiên,trong trường hợp cắt thái chặt bổ, góc trượt τ = 0 thì lực tác động giữa lưỡidao với vật thái chỉ có một pháp tuyến cắt thái (thẳng góc với lưỡi dao) theophương vận tốc của lưỡi dao Trong trường hợp chúng ta cần xét là góc trượt

τ ≠ 0, đối với lưỡi dao thẳng AB quay quanh một tâm 0 và cách tâm mộtđoạn p (lấy trường hợp đơn giản) Để dễ phân tích, chúng ta sẽ vẽ tách riêng

và xét các lực do vật thái (cuộng rau chẳng hạn) tác động vào dao thái và cáclực do dao thái tác động vào vật thái

Mr

F max

T-F max

P A

O

Hình 7 : Phân tích các lực tác động giữa lưỡi dao và vật thái

a - các lực do rau tác động vào dao; b- các lực do dao tác động vào rauvới góc τ ≤ φ’; c- các lực do dao tác động vào rau với góc τ > φ’

Trước hết, khi lưỡi dao tác động vào cuộn rau thì điểm tiếp xúc M sẽ sinh

ra lực pháp tuyến chống đỡ ngược chiều theo nguyên lý “lực và phản lực” Ở

hình 6-b, cuộn rau tác động vào lưỡi ở điểm Md với lực pháp tuyến N, còn ởhình 6-b, c thì lưỡi dao tác động vào cuộn rau ở điềm Mr với lực pháp tuyến

N = N’ nhưng ngược chiều Vì phương chuyển động của điểm Md ở lưỡi dao(theo vectơ vận tốc v) không trùng với phương pháp tuyến vì τ ≠ o, cho nênlực pháp tuyến N’ có thể phân tích thành hai thành phần (hình 6-a) : lực p’theo phương chuyền động v, và T’ theo phương của lưỡi dao AB Ở đâychúng ta thấy ngay rằng lực T’ này có xu hướng làm cho điểm Md của lưỡidao trượt (xuống phía dưới) trên cuộn rau Nhưng khi đó sẽ xuất hiện lực masát F’ giữa lưỡi dao và cuộn rau hướng lên phía trên cản lại hiện tượng trượt

đó, với trị số F’= T’ Cũng xét như vậy theo hình 6-b và c thì lực pháp tuyến

do lưỡi dao tác động vào điểm Mr của cuộn rau có thể phân tích làm haithành phần: lực P theo phương chuyển động v và lực T theo phương của lưỡidao AB Ở đây đối với cuộn rau, lực T có xu hướng làm cho điểm Mr củacuộn rau trượt theo lưỡi dao lên phía trên và cũng xuất hiện ma sát F giữacuộn rau và lưỡi dao (cũng bằng F’) hướng xuống dưới, cản lại hiện tượngtrị số F = T

Trên hình vẽ chúng ta thấy rằng góc trượt τ càng lớn thì lực T (hay T’)càng tăng, đồng thời lực ma sát F (hay F’) cũng vẫn có khả năng tăng theo,bằng T, khiến cho điểm Mτ của cuộn rau không bị trượt theo lưỡi dao Nghĩa làcắt thái với góc trượt τ ≠ 0, nhưng điểm Mτ của rau và Md của dao khi tiếpxúc với nhau vẫn không trượt đi, không rời nhau Trái lại trong quá trìnhthái, điểm Md của dao vẫn cứ bám chặt lấy điểm Mr của rau mà nén xuốngvới lực tác động P, T và F, nhưng F = T và hợp lực của chúng là lực P).Nhưng chúng ta biết rằng khi T tăng, F sẽ tăng theo và chỉ đạt tới trị sốlực ma sát cực đại Fmax mà thôi ( theo khái niệm lực ma sát và góc ma sát).Trị số Fmax = N.tgφ’ = N.f’, trong đó φ’ là góc ma sát giữa lưỡi dao và vậtthái f’ = tgφ’ là hệ số ma sát Có điều là trong trường hợp ma sát giữa lưỡidao và vật thái này (coi như ma sát giữa đường thẳng và bề mặt) thì trị sốcủa góc ma sát φ’ không cố định như các trường hợp ma sát thong thường(giữa bề mặt với bề mặt) trái lại, theo thực nghiệm, φ’ và f’ thay đổi trị số ítnhiều do đó, để phân biệt hiện tượng ma sát của lưỡi dao và vật thái,Gơriaskin đề nghị gọi góc φ’ là góc trượt φ’, hệ số f’ = tgφ’ là hệ số cắttrượt

Vậy khi T và F tăng lên trong giới hạn T = F ≤ Fmax nghĩa là T = F = Ntgτhay τ ≤ φ’ thì quá trình cắt thái chưa có hiện tượng “trượt tương đối” giữacác điểm của lưỡi dao tiếp xúc với các điểm của cuộng rau (vì hiện tượng

ma sát chống lại)

Nhưng khi T tăng lên nữa, do góc trượt τ tăng lên (vi T = Ntgτ), trong lúc

đó lực ma sát không thể tăng lên thêm mà chỉ giữ ở trị số Fmax, nghĩa là khi

T > Fmax hay τ > φ’, thì hiệu số lực T - Fmax sẽ có xu hướng làm cho Mr của

9

rau trượt đi, rời điểm Md của dao, lên phía trên, hay ngược lại Khi đó quátrình cắt thái mới thực sự có trượt, dao mới phát huy khả năng “cưa” cuộngrau và lực cắt thái mới giảm được nhiều, cắt thái mới dễ dàng.

2.3.4 quan hệ giữa dao thái và tấm kê thái

- Khe hở δ giữa cạch sắc của lưỡi dao và cạch sác của tấm kê:

Thực nghiệm đã cho thấy ảnh hưởng thể hiện bằng sự phụ thuộc củacông suất cắt N với khe hở δ; δ có một giới hạn thích hợp để đảm bảo cho Ntương đối nhỏ

O

N( kW )

δ ,mm

Hình 8 : đồ thị phụ thuộc của δ với N

Vật thái càng mảnh thì khe hở δ càng nhỏ, vì nếu không, lưỡi dao có thể

bẻ gập thân vật thái xuống lọt vào khe hở và kéo đứt nó, giảm chất lượngcắt nhưng δ cũng không thể nhỏ quá được, vì đĩa lắp dao (nhất là trống lắpdao) đều có độ dịch chuyển dọc trục cho phép và gối đỡ cũng có độ dịchchuyển dọc trục cho phép

Ở trống lắp dao quay với số vòng lớn, do lực li tâm, dao cũng sẽ có độvõng ra phía ngoài đối với máy thái rau cỏ rơm, δ không quá 0,5 mm thìthái mới tốt trong trường hợp dao kiểu trống quay với vận tốc lớn ( máy tháithức ăn ủ, v.v…) thì δ = 1 ÷ 4mm

C

O

B T'

F'

T F

M

M' N

N' R'

và cắt vật thái Góc BAC hợp bởi cạnh sắc lưỡi dao AC và cạnh sắc tấm kê

AB nói chung gọi là góc mở χ Khi góc mở lớn, hai cạnh sác không kẹp giữyên được vật thái mà có tác động đẩy nó ra., khó cắt được với một trị số góc

mở nhỏ hơn đủ để hai cạnh sắc kẹp giử yên vật thái để cắt được nó thì góc

mở đó đuợc gọi là góc kẹp χ Giá trị góc kẹp χ phải được bảo đảm khi thiết

kế bộ phận dao thái có tấm kê và là điều kiện để dao và tấm kê kẹp được vậtthái

Ta có thể xác định được điều kiện kẹp như sau: xét vị trí cạnh sắc AC củalưỡi dao và cạnh sắc AB của tấm kê như hình trên, với các lực tác động vàovật thái (được mô phỏng có tiết diện hình tròn tam o): do lưỡi dao có tiếpđiểm M là lực phaps tuyến N và lực ma sát F; do tấm kê ở tiếp điểm M’,tương ứng là N’ và F’ Lực tổng hợp, do lưỡi dao là R, dao tấm kê là R’ gócNMR = φ’1 là góc cắt trượt (tương tự góc ma sát) của cạnh sắc lưới dao vớivật thái và F = N.tgφ’1 ; góc N’M’R’ = φ’2

lực N được phân tích thành hai thành phần: S theo hướng vuông góc vớiđường phân giác AO của góc mở χ và T theo hướng cạnh sắc AC,

11