Nghiên cứu thiết kế máy cắt, băm gốc rạ liên hợp trước máy kéo bánh hơi công suất cỡ 80 HP

Nông dân thường ñốt rơm rạ trên ñồng sớm ñể gieo sạ vụ lúa xuân hè hoặc sạ lấp vụ thu ñông Việc ñốt rơm rạ gia tăng trong những năm gần ñây do giá thành nấm rơm sụt giảm, người làm nấm r

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

====o0o====

LÊ KHẢ TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÁY CẮT, BĂM GỐC RẠ LIÊN HỢP TRƯỚC MÁY KÉO BÁNH HƠI CÔNG SUẤT CỠ 80 Hp

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí

Mã số : 60.52.01.03

Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN XUÂN THIẾT

Hà Nội - 2014

LỜI CAM ðOAN

Tôi cam ñoan rằng những số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào

Tôi cam ñoan rằng mọi thông tin giúp cho việc thực hiện luận văn này ñã ñược cảm ơn và thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc Tác giả luận văn

Lê Khả Trường

Tôi bày tỏ lòng cảm ơn tới gia ựình bạn bè ựồng nghiệp và ựặc biệt biết ơn

sâu sắc ựối với TS Nguyễn Xuân Thiết Ờ Người thầy trực tiếp hướng dẫn và giúp

ựỡ tôi trong thời gian thực hiện luận văn Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy, PGS TS Lương Văn Vượt; T.S Lê Minh Lư; ThS đặng đình Trình ựã tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành ựề tài nghiên cứu này

Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể giáo viên Bộ môn Cơ học kỹ thuật, Khoa

cơ ựiện, Ban quản lý ựào tạo Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội ựã giúp ựỡ và tạo ựiều kiện cho tôi trong quá trình học tập và hoàn thành ựề tài này

Trong quá trình thực hiện ựề tài , bản thân tôi ựã có nhiều cố gắng, song không tránh khỏi thiếu sót, tôi rất mong tiếp tục nhận ựược các ý kiến ựóng góp của các thầy giáo, cô giáo và các ựồng nghiệp ựể ựề tài nghiên cứu của tôi ựược hoàn thiện hơn

Tác giả

Lê Khả Trường

MỤC LỤC

LỜI CAM ðOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH ẢNH v

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC BẢNG viii

ðẶT VẤN ðỀ 1

NỘI DUNG LUẬN VĂN BAO GỒM 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tình hình khai thác và sử dụng gốc rạ trên thế giới 3

1.2 Tình hình khai thác và sử dụng rơm rạ ở Việt Nam 3

1.3 Một số máy thu hoạch rơm rạ 6

1.4 Một số nguyên lý máy cắt thái rơm rạ 12

CHƯƠNG 2: ðỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15

2.1 ðối tượng nghiên cứu: 15

2.1.1 ðặc ñiểm cơ lý tính của cây rạ ñối với máy cắt băm gốc rạ 15

2.1.2 Cơ sở lý thuyết quá trình cắt thái [4] 16

2.1.3 Yêu cầu ñặt ra ñối với máy 28

2.1.4 Xây dựng mô hình nguyên lý cấu tạo của máy 29

2.1.5 Nguồn ñộng lực cung cấp cho máy 30

2.2 Phương pháp nghiên cứu 32

2.2.1 Phương pháp thu thập thông tin và xử lý thông tin 32

2.2.2 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 32

2.2.3 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 32

2.2.4 Phương pháp xư lý số liệu thí nghiệm 33

CHƯƠNG 3 : TOÁN THIẾT KẾ MỘT SỐ BỘ PHẬN LÀM VIỆC CHÍNH CỦA MÁY 34

3.1 Tính toán thiết kế bộ phận cắt 35

3.2 Tính toán thiết kế cánh gạt 44

3.3 Tính thiết kế bộ phận băm 45

3.3.1 Nguyên lý làm việc và cấu tạo của bộ phận băm 45

3.3.2 Tính toán xác ñịnh biên dạng của dao băm cố ñịnh 46

3.4 Ảnh hưởng của khe hở tới chất lượng cắt 48

3.5 Thí nghiệm xác ñịnh thông số ñộng học của bộ phận băm 49

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ KHẢO NGHIỆM MÁY 55

4.1 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 55

4.1.1 Tính toán thiết kế hệ thống thủy lực 55

4.1.2 Thiết kế bộ phận truyền ñộng trung gian 60

4.1.3 Thiết kế bộ phận cắt băm gốc rạ 62

4.1.4 Thiết kế cơ cấu treo 62

4.2 CHẾ TẠO VÀ LẮP ðẶT 63

4.3 THỬ NGHIỆM MÁY 67

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Ủ rơm rạ trên ñồng làm phân bón 4

Hình 1.2 Ủ rơm rạ trồng nấm rơm 5

Hình 1.3 Rơm rạ dùng làm thức ăn gia súc 5

Hình 1.4 Rơm rạ ñược ñốt ngay trên ñồng 5

Hình 1.5 Máy cắt gốc rạ kiểu tông ñơ 6

Hình 1.6 Máy gặt tuốt liên hợp 6

Hình 1.7 Liên hợp máy cắt gốc rạ và ñóng kiện SR1231CX 7

Hình 1.8 Liên hợp máy thu gom ñóng kiện vuông 7

Hình 1.9 Máy thu gom và ñóng kiện trên ñồng 8

Hình 1.10 Máy băm kiện rơm rạ 8

Hình 1.11 Máy phạt gốc rạ ba tầng băng dao 9

Hình 1.12 Máy phạt gốc rạ dạng ñĩa 10

Hình 1.13 Máy cắt lúa ñeo vai 11

Hình 1.14 Máy băm rơm rạ 9Z -9A 11

Hình 1.15 Nguyên lý máy cắt thái dạng ñĩa 12

Hình 1.16 Nguyên lý máy cắt thái dạng trống 13

Hình 2.1 Hình dạng cây rạ 15

Hình 2.2 Phương pháp xác ñịnh hệ số ma sát 16

Hình 2.3 Tác dụng cắt thái của lưỡi dao 17

Hình 2.4 Tác dụng cắt trượt giảm chiều rộng lát thái 18

Hình 2.5 Sơ ñồ quá trình cắt thái bằng lưỡi dao 19

Hình 2.6 Cạnh sắc lưỡi dao 20

Hình 2.7 Phân tích vận tốc của các ñiểm M 20

Hình 2.8 Phân tích lực tương tác giữa lưỡi dao và vật liệu 22

Hình 2.9 Dụng cụ ño lực và áp suất cắt riêng 24

Hình 2.10 Tác dụng giảm lực cắt thái pháp tuyến 0 <τ ≤ ϕ’ 25

Hình 2.11 ðồ thị phụ thuộc δ với N 26

Hình 2.12 Góc kẹp χ 26

Hình 2.13 Sơ ñồ nguyên lý máy cắt, băm gốc rạ kiểu trống 29

Hình 2.14 Hình dáng tổng thể máy kéo MTZ 8 31

Hình 2.15 Máy kéo bánh lốp MTZ 80 31

Hình 3.1 Mô nguyên lý máy cắt, băm gốc rạ 34

Hình 3.2 Sơ ñồ bố trí các máy công tác trên máy kéo 35

Hình 3.3 Mô hình bộ phận cắt 35

Hình 3.4 Dao cắt 36

Hình 3.5 Quỹ ñạo chuyển ñộng của ñĩa dao 37

Hình 3.6 Sơ ñồ ñộng học của ñĩa dao 38

Hình 3.7 Quỷ ñạo chuyển ñộng 39

Hình 3.8 Tấm kê 42

Hình 3.9 Họa hình tính toán tấm kê 43

Hình 3.10 Hình dạng kết cấu tấm kê 44

Hình 3.11 Bố trí cánh gạt trên trống 45

Hình 3.12 Sơ ñồ nguyên lý làm việc của bộ phận băm 46

Hình 3.13 Vận tốc tại ñiểm M của dao vào vật thái 47

Hình 3.14 Biên dạng dao băm với ϕ=300 48

Hình 3.15 Ảnh hưởng của khe hở ñến chất lượng cắt 49

Hình 3.16 Mô hình thí nghiệm bộ phận băm 49

Hình 3.17 Bộ phận băm kiểu trống nằm ngang thí nghiệm 50

Hình 3.18 Mô hình băng tải cấp liệu 50

Hình 3.19 Bộ phận băm 51

Hình 3.20 Hệ thống thiết bị ño mô mem – công suất 52

Hình 3.21 Sơ ñồ chuyển ñổi tín hiệu 52

Hình 3.21 Bố trí thiết bị ño trên dàn thí nghiệm 53

Hình 3.22 ðồ thị quan hệ 54

Hình 4.1 Sơ ñồ nguyên lý ñiều khiển mô tơ thủy lực 55

Hinh 4.2 Van phân phối ñiều khiển bằng tay 56

Hình 4.3 ðường ñặc tính của bơm MAP 50 57

Hình 4.4 Bơm thủy lực MAP 80 57

Hình 4.5 Thông số hình học của bơm MAP 80 58

Hình 4.6 Nguyên lý hoạt ñộng của van an toàn tác ñộng trực tiếp 58

Hình 4.7 Sơ ñồ ñiều khiển xi lanh ñiều chỉn góc cắt 59

Hình 4.8 Xi lanh thủy lực 60

Hình 4.9 Bộ truyền bánh răng 60

Hình 4.10 Bộ truyền ñai 61

Hình 4.11 Máy cắt băm gốc rạ 62

Hình 4.12 Cơ cấu treo 62

Hình 4.13 Tấm kê cắt 63

Hình 4.14 ðĩa lắp dao 63

Hình 4.15 Trống dao 64

Hình 4.16 Ổ ñỡ 64

Hình 4.17 Trục truyền ñộng 65

Hình 4.18 Dao băm cố ñịnh 65

Hình 4.19 Khung máy 66

Hình 4.20 Lắp ñặt tổng thể máy 66

Hình 4.21 Cơ cấu treo 69

Hình 4.22 Cơ cấu ñiều chỉnh góc cắt 70

Hình 4.23 Máy cắt băm gốc rạ liên hợp trên máy kéo bánh lốp 70

Hình 4.24 Máy cắt băm gốc rạ làm việc 71

Hình 4.25 Các hình ảnh về thu thập số liệu và ño ñạc số liệu 71

Hình 4.26 Hình ảnh về thu thập và ño ñạc, xử lý số liệu 72

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Bảng thông số kỹ thuật của máy cắt gốc rạ 3 tầng dao 10

Bảng 1.2 Bảng thông số kỹ thuật của máy băm rơm rạ 9Z – 9A 11

Bảng 2 Một số thông số hình học của máy MTZ 80 31

Bảng 3 Biến thiên góc kẹp γ 44

Bảng 4.1 Bảng các thông số kỹ thuật của máy cắt băm gốc rạ 67

Bảng 4.2 Chất lượng băm của máy 68

ðẶT VẤN ðỀ

Nước ta là một nước có nền nông nghiệp lâu ñời chủ ñạo là cây lúa nước và một số hoa màu khác Hiện nay cả nước có khoảng 7.4 triệu ha diện tích trồng lúa hai vụ, diện tích tập trung chủ yếu là ñồng bằng Sông cửu long và ñồng bằng sông Hồng, sản lượng cả nước ñạt 38.89 triệu tấn năm, ñảm bảo an ninh lương thực cho

cả nước và vươn lên hàng thứ 2 trên thế giới về sản lượng gạo xuất khẩu Cùng với

ñó cho một lượng lớn khổng lồ rơm rạ và ñược xem là phế liệu nông nghiệp, ít giá trị phần lớn nông dân ñều ñốt bỏ sau khi thu hoạch, rơm rạ thường ñược ñốt trên ñồng, chỉ một phần nhỏ ñược sử dụng làm thức ăn chăn nuôi, chất ñốt hay trồng nấm, ủ làm phân bón, làm thức ăn cho gia súc Nông dân thường ñốt rơm rạ trên ñồng sớm ñể gieo sạ vụ lúa xuân hè hoặc sạ lấp vụ thu ñông

Việc ñốt rơm rạ gia tăng trong những năm gần ñây do giá thành nấm rơm sụt giảm, người làm nấm rơm không còn mặn mà với việc thu mua rơm rạ của nông dân nên rơm rạ trở thành gánh nặng cho nông dân trước khi cần giải phóng mặt ñồng cho vụ tiếp theo mà ñòi hỏi xuống giống nhanh, giải phóng rơm rạ trước khi mùa mưa xuống, vì nếu gặp mưa mà chưa giải phóng hết rơm rạ trên ñồng thì việc làm ñất và xuống giống càng trở nên phức tạp, lượng lớn rơm rạ chưa phân hủy hết

sẽ làm ánh hưởng ñến cây lúa non như sinh trưởng phát triển và nhiều sâu bệnh Một yêu cầu ñặt ra là cần phải có một thiết bị máy giúp cắt và làm nhỏ gốc rạ giải phóng mặt ñồng nhanh và khắc phục ñược nhược ñiểm mùa vụ nêu trên

Xuất phát từ những yêu cầu cấp thiết từ thực tiễn nêu trên ñược sự hướng

dẫn của thầy TS Nguyễn Xuân Thiết chúng tôi thực hiện ñề tài

“Nghiêu cứu thiết kế máy cắt, băm gốc rạ liên hợp trước máy kéo bánh hơi

công suất cỡ 80 Hp”

NỘI DUNG LUẬN VĂN BAO GỒM

ðặt vấn ñề

Chương 1 Tổng quan nghiên cứu

Chương 2 ðối tượng và phương pháp nghiên cứu

Chương 3.Tính toán thiết kế một số bộ phận làm chính của máy

Chương 4.Hoàn thiện thiết kế chế, chế tạo và khảo nghiệm máy

Kết luận và ñề nghị

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

1.1 Tình hình khai thác và sử dụng gốc rạ trên thế giới

Gốc rạ là phần cây lúa còn lại sau khi thu hoạch phần bông Rơm là phần bông của cây lúa sau khi thu hạt, thành phần chính của rơm rạ là xenlulozơ

Rơm rạ ñược nhiều nước trên thế giới thu gom, bảo quản vào các mục ñích khác nhau:

- Ấn ðộ, Trung Quốc, Thái Lan, Brasil…Rơm rạ ñược thu gom và vảo quản chế biến thức ăn cho gia súc

- Ba Lan, Nga, Úc… Rơm rạ ñược thu gom ñể sử lý ñể làm chất ñốt phục vụ cho mục ñích khác nhau như sưởi ấm, máy phát ñiện, nhiên liệu sinh học

- Trung Quốc, Brasil , Ấn ðộ… Rơm rạ ñược thu gom chế biến thành phụ gia nông nghiệp như làm giá thể cho nấm, phân bón

- Trung Quốc, Úc, các nước châu Á Rơm rạ ñược dùng ñể giử ấm giữ ẩm cho các loại cây trồng và vật nuôi

- Rơm rạ ñược dùng ñể sản xuất etanol và sản xuất giấy

Hiện nay một số nước trên thế giới như Ấn ðộ, Mỹ, ñã ra lệnh cấm ñốt rơm

rạ trên ruộng lúa, khuyến cao nông dân vùi rơm rạ vào ñất ñể tăng cường dinh dưỡng cho ñất, khuyến khích nông dân ứng dụng khoa học kỹ thuật vào xử lý rơm

rạ thành các sản phẩm hữu ích trong nông nghiệp như làm phân bón, nấm, chất ñốt cho máy phát ñiện, chế biến giấy, gỗ công nghiệp, xăng sinh học

1.2 Tình hình khai thác và sử dụng rơm rạ ở Việt Nam

Nước ta là một nước có nền nông nghiệp lâu ñời chủ ñạo là cây lúa nước và một số hoa màu khác Hiện nay cả nước có khoảng 7.4 triệu ha diện tích trồng lúa hai vụ, diện tích tập trung chủ yếu là ñồng bằng Sông cửu long và ñồng bằng sông Hồng, sản lượng cả nước ñạt 38.89 triệu tấn năm, ñảm bảo an ninh lương thực cho

cả nước và vươn lên hàng thú 2 trên thế giới về sản lượng gạo xuất khẩu Cùng với

ñó cho một lượng lớn khổng lồ rơm rạ và ñược xem là phế liệu nông nghiệp, ít giá trị phần lớn nông dân ñều ñốt bỏ sau khi thu hoạch, rơm rạ thường ñược ñốt trên ñồng, chỉ một phần nhỏ ñược sử dụng làm thức ăn chăn nuôi, chất ñốt hay trồng

nấm, ủ làm phân bón, làm thức ăn cho gia súc Nông dân thường ñốt rơm rạ trên ñồng sớm ñể gieo sạ vụ lúa xuân hè hoặc sạ lấp vụ thu ñông

Việc ñốt rơm rạ gia tăng trong những năm gần ñây do lực lượng lao ñộng nông nghiệp giảm, giá thành nấm rơm sụt giảm, người làm nấm rơm không còn mạn mà với việc thu mua rơm rạ của nông dân nên rơm rạ trở thành gánh nặng cho nông dân trước khi cần giải phóng mặt ñồng cho vụ tiếp theo, ñể kịp thời vụ cần xuống giống nhanh, giải phóng rơm rạ trước khi mùa mưa xuống, vì nếu gặp mưa

mà chưa giải phóng hết rơm rạ trên ñồng thì việc làm ñất và xuống giống càng trở nên phức tạp, lượng lớn rơm rạ chưa phân hủy hết sẽ làm ảnh hưởng ñến cây lúa non như sinh trưởng phát triển và nhiều sâu bệnh

Việc ñốt rơm rạ trên ñồng không ñược khuyến cáo ở nước ta cũng như nhiều nước trồng lúa trên thế giới, vì gây ô nhiễm môi trường, lãng phí năng lượng và nhiều tác hại khác Hàng năm sau mỗi vụ gặt nông dân ñốt rơm rạ gây ô nhiễm môi trường cho các thành phố như Hà Nội Nam ðịnh …

Trình ñộ sản xuất nông nghiệp của việt nam còn yếu kém chủ yếu là thủ công, manh mún, lô thửa nhỏ hẹp, diện tích ñất nông nghiệp bị thu hẹp bởi quá trình

ñô thị hóa ngày càng nhanh, năng suất và chất lượng sản phẩm còn hạn chế, hiệu quả sử dụng ñất còn kém

Hình ảnh tình hình sử dụng rạ ơ Việt Nam

Hình 1.1 Ủ rơm rạ trên ñồng làm phân bón

Hình 1.2 Ủ rơm rạ trồng nấm rơm

Hình 1.3 Rơm rạ dùng làm thức ăn gia súc

Phần lớn rơm rạ sau khi thu hoạch ñược nông dân ñốt ngay trên ñồng, gây ô nhiễm môi trường và gây biên chất cơ lý tính của ñất

Hình 1.4 Rơm rạ ñược ñốt ngay trên ñồng

1.3 Một số máy thu hoạch rơm rạ

Một số loại máy và thiết bị xử lý rơm rạ trên thế giới:

Máy cắt gốc rạ:

+ Máy cắt gốc rạ kiểu tông ñơ

Hình 1.5 Máy cắt gốc rạ kiểu tông ñơ

Máy cắt gốc rạ kiểu tông ñơ ñược sử dụng ở Trung Quốc và Nga và nhiều nước khác Máy có ưu ñiểm là kết cấu ñơn giản, dễ dàng liên hợp trên các máy kéo bánh

hơi, máy có khả năng cắt rạ nhưng không băm gốc rạ thành ñoạn ngắn

Máy gặt tuốt liên hợp:

Hình 1.6 Máy gặt tuốt liên hợp

Máy gặt tuốt liên hợp có khả năng cắt sát gốc cây lúa( bộ phận cắt hoạt ựộng theo nguyên lý cắt có kê kiểu cắt tông ựơ), sau khi thu hoạch tuốt hạt, thân cây lúa ựược ựưa qua bộ phận băm nhỏ và rải ra trên mặt ựồng làm phân bón, tăng ựộ ẩm

ựộ xốp cho ựất Máy ựược sử dụng nhiều ở các nước đông Á như Hàn Quốc, Nhật bản, Trung QuốcẦ

Liên hợp máy cắt gốc rạ và ựóng kiện

Hình 1.7 Liên hợp máy cắt gốc rạ và ựóng kiện SR1231CX

Liên hợp máy SR1231CX là máy cắt gốc rạ theo nguyên lý cắt có kê kiểu tông

ựơ Máy xuất xứ Nhật Bản Máy thực hiện ựồng thời hai nhiệm vụ là cắt và thu gom ựóng kiện, máy có kết cấu hiện ựại, chất lượng làm việc tốt, tuy nhiên có giá thành cao

Liên hợp máy thu gom ựóng kiện vuông

Hình 1.8 Liên hợp máy thu gom ựóng kiện vuông

Liên hợp máy cắt và thu gom gốc rạ ñóng kiện vuông ñược ứng dụng ở nhiều nơi trên thế giới, trong ñó có Châu Âu, Trung Quốc Máy thực hiện ñồng thời hai nhiệm vụ là cắt và thu gom ñóng kiện Máy cắt gốc rạ theo nguyên lý cắt có kê kiêu cắt tông ñơ Máy có giá thành cao

Máy ñóng kiện rơm rạ trên ñồng

Hình 1.9 Máy thu gom và ñóng kiện trên ñồng

Máy thu gom ñóng kiện rơm rạ trên ñồng ñược liên hợp sau máy kéo bánh lốp, có chức năng là thu gom rơm rạ và ñóng kiện trên ñồng Máy ñược sử dụng nhiều ở các nước châu Âu, Châu ÚC

Máy băm kiện rơm rạ

Hình 1.10 Máy băm kiện rơm rạ

Máy dùng ñể băm kiện rơm rạ ñược thu gom ngoài ñồng làm thức ăn cho gia súc, làm phân bón, phụ gia giữ ẩm, ấm cho cây trồng, làm chất ñốt …., máy gồm các dao có chấu với bề rộng dao 76,2mm lắp trên các ñĩa dao bố trí song song

Một số máy cắt băm gốc rạ ở Việt Nam

Nhu cầu về máy cắt băm gốc rạ phục vụ mục ñích giải phóng mặt ñồng ngay càng cấp thiết

Hiện tại ở Việt Nam ñã có nhiều cơ sở cả nhà nước lẫn tư nhân ñã nghiên cứu máy xử lý gốc rạ nhưng chưa thành công dưới ñây là một số mẫu máy mà các

cơ sở trong nước ñã nghiên cứu cải tiến chế tạo phục vụ nhu cầu giải phóng mặt ñồng

+ Máy phạt gốc rạ ba tầng băng dao

Hình 1.11 Máy phạt gốc rạ ba tầng băng dao

Máy gồm 3 tầng băng dao xếp song song cách nhau 135 mm hoạt ñộng theo nguyên lý cắt có kê theo kiểu tông ñơ

Quá trình khảo nghiệm máy cho thấy khả năng cắt ở tầng băng dao cuối cùng tốt hai tầng còn lại kém, vật liệu cắt xong không thoát khỏi băng dao làm ùn tắc dẫn ñến năng suất giảm

Bảng 1.1 Bảng thông số kỹ thuật của máy cắt gốc rạ 3 tầng dao

I Cụm thiết bị cắt gốc rạ

+ Máy phạt gốc rạ dạng ñĩa

Hình 1.12 Máy phạt gốc rạ dạng ñĩa

Máy hoạt ñộng theo nguyên lý băm cánh xiên ñã ñược thiết kế và thử nghiệm

với các thông số chính của bộ phận cắt gốc rạ: Tốc ñộ quay trục dao 2000 v/ph; ðường kính ñĩa dao: 270 mm; Số dao bắt trên 1 ñĩa 2; Số lượng ñĩa dao: 5

- Bộ phận cắt gốc rạ có khả năng cắt rạ khỏi gốc

- Hầu như máy không cắt nhỏ ñược rạ Các vết tổn thương của thân rạ phía trên cho thấy dao ñã tác ñộng vào thân rạ nhưng không cắt ñược thân rạ ðiều này theo ñánh giá của ñề tài là tốc ñộ cắt chưa ñảm bảo Hiện ñề tài ñã thử nghiệm với tốc ñộ của ñĩa cắt là 2000 v/ph Việc nâng cao hơn nữa tốc ñộ cắt là không hợp lý

về mặt cơ khí vì mất cân bằng và nguy hiểm cho người sử dụng

+ Máy cắt lúa ñeo vai

Hình 1.13 Máy cắt lúa ñeo vai

Máy thu hoạch lúa ñeo vai hoạt ñộng theo nguyên lý cắt không kê Máy cấu tạo gồm một ñộng cơ xăng 1,9 kw truyền chuyển ñộng cho ñĩa dao ñường kính 145mm với vận tốc là 6500 vòng/phút thông qua một ống thép trên ông thép có lắp tay cầm Năng suất của máy thấp không an toàn cho người vận hành …

+ Máy băm rơm rạ khô kiểu ñĩa dao 9Z -9A

Hình 1.14 Máy băm rơm rạ 9Z -9A Bảng 1.2 Bảng thông số kỹ thuật của máy băm rơm rạ 9Z – 9A

Thân lá cây ngô tươi (ñộ ẩm 78%) 9 t / h Thân lá cây ngô khô (17% ñộ ẩm) 3,5 t / h

Sản phẩm ñược máy phun ra trong bán kính 10 ~ 15 (m)

Máy băm thái rơm rạ 9Z -9A hoạt ñộng theo nguyên lý băm thái dạng ñĩa, máy dung ñễ băm thái thân cây ngô, rơm rạ, cỏ khô, cỏ voi, vỏ cây, bã mía với ñộ dài doạn băm là 25mm bộ phận băm ñược lắp 3 dao trên ñĩa và máy có thể phun sản phẩm ra xa từ 10m ñến 25m, máy làm việc tĩnh tại, không có khẳ năng tự gom không phù hợp với ñiều kiện làm việc trên ñồng

1.4 Một số nguyên lý máy cắt thái rơm rạ

+ Máy cắt thái rơm rạ dạng ñĩa

Hình 1.15 Nguyên lý máy cắt thái dạng ñĩa 1.Lô cuốn 2 Dao thái 3.ðĩa dao 4 Cánh gạt 5 Tấm kê cắt 6 cặp lô cấp liệu

7 Băng tải 8.Vật liệu cắt thái Máy gồm các bộ phận chính như hình 1.15

Bộ phận cấp liệu Dạng băng tải (7) có trục cuốn (1), (6) có tác dụng nén rơm rạ

trước khi cấp liệu cho bộ phận cắt thái

Bộ phận cắt thái Gồm các lưỡi dao (2) lắp trên ñĩa dao 3, tấm kê (5) lắp vào họng thái

Bộ phận thu liệu Cánh gạt 4 lắp trên ñĩa dao (3) có tác dụng như một cánh quạt kết hợp với bộ phận dẫn hướng vật liệu thái ñược thổi ra ngoài buồng thái

Bộ phận truyền ñộng là các cặp bánh răng ñảm bảo chiều quay cho bộ phận cấp liệu, tốc ñộ cắt của bộ phận cắt thái ñối với rơm rạ thường ≥ 15m/s

Ưu ñiểm Máy có khả năng ñiều chỉnh chiều dài ñoạn cắt thái, vật liệu cắt thái ñược nén ép trước khi vào họng thái tránh ñược hiện tượng vật thái bị kéo theo mà không ñược cắt thái Máy theo nguyên lý này thì chế tạo phức tạp, chi phi năng lượng cao không thuận tiện khi liên hợp

Vận tốc cắt ñối với rơm rạ ≥ 15 m/s

+Máy băm rơm rạ kiểu trống quay

Hình 1.16 Nguyên lý máy cắt thái dạng trống 1.Lô nén cấp liệu, 2 Dao cắt thái, 3 Tấm kê cắt, 4 Lô nén cấp liệu,

5 vật liệu cắt thái, 6 Trông dao Máy gồm các dao cắt (2) lắp trên trống quay (6), bộ phận lô nén cấp liệu (1),(6) và tấm kê cắt (3),ưu ñiểm của máy hoạt ñộng theo nguyên lý này vật liệu sau khi cắt thái tương ñối ñồng ñều, nhưng chi phi năng lượng tương ñối cao,

Vận tốc cắt ñối với rơm rạ ≥ 15 m/s

Kết luận:

Qua nghiên cứu tổng quan ta nhận thấy rằng những máy có xuất xứ nước ngoài ña số là cắt và thu gom lại, chất lượng làm việc tốt nhưng thường có kích thước lớn cồng kềnh, giá thành cao không phù hợp với ñồng ruộng và khả năng tài chính của nông dân Việt Nam

Những máy ñược nghiên cứu và chế tạo tại Việt Nam khả năng ứng dụng chưa cao, có máy chỉ thực hiện ñược một nhiệm vụ là cắt hoặc băm, nếu thực hiện 2 nhiệm vụ cắt băm ñồng thời sẽ xẩy ra tình trạng tắc kẹt, hoặc là không có khẳ năng băm thành từng ñoạn theo yêu cầu

Máy phạt gốc rạ ba tầng dao chỉ có khả năng cắt tốt còn băm thành từng ñoạn thì xảy ra tình trạng tắc kẹt trên băng dao

Máy phạt gốc rạ theo dạng ñĩa chỉ có khả năng phạt gốc rạ không có khả năng phân thành ñoạn

Máy cắt lúa ñeo vai chỉ có khả năng cắt gốc không có khả năng phân phân thành ñoạn, máy này không có bộ phận an toàn cho người sử dụng

Do vậy máy cắt băm gốc rạ phải ñược thiết kế sao cho khắc phục ñược các nhược ñiểm của các loại máy trên

Ta thấy các máy cắt rơm rạ thường sử dụng nguyên lý cắt có kê kiểu tông ñơ với dao cắt có bề rộng dao 76,2mm, dao có chấu, các máy dung ñể băm thái rơm rạ thường là máy cắt dạng trống hoặc máy cắt dạng ñĩa với tốc ñộ cắt của dao ≥ 15m/s Qua nghiên cứu tổng quan ta thấy việc sử dụng rơm rạ vào các mục ñích

truyền thống ngày càng giảm, chủ yếu là ñốt trực tiếp trên ñồng gây ô nhiễm môi

trường, làm biến tính cơ lý hóa của ñất, làm thay ñổi quần xã sinh học của ñồng

ruộng, giảm hiệu quả sử dụng ñất, giảm năng suất cây trồng…

ðể tăng hiệu quả sử dụng ñất, tăng năng suất , tăng chất lượng sản phẩm lúa gạo cần phải áp dụng khoa học công nghệ vào sản suất, diện tích ñất trồng lúa ngày một giảm ñi chúng ta cần phải sử dụng hiệu quả ñất trồng lúa, việc giải phóng mặt ñồng sớm, băm nhỏ rơm rạ vùi lấp trên mặt ñồng là cấp thiết nhằm giảm ô nhiễm môi trường do ñốt rơm rạ, cải tạo ñược ñặc tính lý hóa của ñất, giảm chi phí, tăng hiệu quả kinh tế cho nông dân Do vậy việc

“NGHIÊN CỨU THIẾ KẾ CHẾ TẠO MÁY MÁY CẮT BĂM GỐC RẠ LIÊN HỢP

TRÊN MÁY KÉO BÁNH HƠI 80 Hp”

là cấp thiết phù hợp với chủ trương chính sách của nhà nước về phát triển công nghiệp hóa hiện ñại hóa nông nghiệp nông thôn

CHƯƠNG 2: ðỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 ðối tượng nghiên cứu:

2.1.1 ðặc ñiểm cơ lý tính của cây rạ ñối với máy cắt băm gốc rạ

Cây rạ là ñối tượng tác ñộng chính tới các bộ phận làm việc của máy cắt băm gốc rạ, do vậy các ñặc tính cơ lý của cây rạ ảnh hưởng tới chất lượng làm việc của máy

Hình 2.1 Hình dạng cây rạ

Trong ñiều kiện tự nhiên bình thường cây rạ có hình dạng như hình với góc nghiêng thân cây θc , chiều cao tự nhiên H

Chiều cao thân cây rạ

Chiều cao thân cây rạ phụ thuộc vào từng giống lúa, khoảng từ 30 ÷50 cm ðường kính thân cây rạ:

Trong một khóm lúa ñường kính thân cây có sự khác nhau ðường kính thân cây phụ thuộc vào từng giống lúa, cách thức gieo trồng, chăm sóc và mức ñộ ñẻ nhánh của cây lúa ðường kính cây cũng thay ñổi thu nhỏ dần từ gốc tới bông với Giống CR203 ở ñộ cao 250mm ñường kính cây rạ khoảng 2,5mm ÷7mm

Góc nghiêng ñổ ở trạng thái tự nhiên của cây lúa qua khảo sát trên ñồng cho

kết quả ño ñạc thống kê trung bình θc =100÷12,50

ðộ ẩm của thân cây lúa và hạt trong thời ñiểm thu hoạch cũng ảnh hưởng

nhiều ñến quá trình thu hoạch Vào thời ñiểm thu hoạch khi lúa chín hoàn toàn, ñộ

ẩm hạt dao ñộng từ 20 ÷25%, càng về sau hạt càng dễ rụng Tuy nhiên do ảnh hởng của thời tiết khi thu hoạch ñộ ẩm hạt có thể cao hoặc thấp hơn

Mật ñộ cây: 450÷720 cây/m2 (Lúa gieo sạ) 300 ÷ 450 cây/m2 (Lúa cấy)

Hệ số ma sát giữa cây lúa và vật liệu chế tạo

ðể xác ñịnh hệ số ma sát giữa cây với cạnh hoặc bề mặt làm việc của các bộ phận, ñề tài ñã sử dụng thiết bị ño hệ số ma sát tĩnh hình 2.2 ðể xác ñịnh góc ma sát giữa vật liệu với cây lúa bằng cách gắn các thân cây lúa bằng keo lên bề mặt phẳng ñộng, ñặt vật liệu khảo sát lên trên thân các cây lúa (nhựa, nhôm, sắt ) Dùng tay quay kéo tời làm nghiêng mặt phẳng ñộng so với mặt phẳng ñế cho ñến khi vật liệu

3 bắt ñầu xê dịch khỏi vị trí ban ñầu, lúc ñó dừng tay quay và xác ñịnh giá trị góc nghiêng của mặt ñộng so với phơng ngang (mặt phẳng ñế) trên vành chia ñộ Giá trị góc ma sát ϕms giữa vật liệu nhựa PVC và tôn ñen với thân cây lúa thí nghiệm dao ñộng trong khoảng 16 ÷360 Hệ số ma sát giữa vật liệu nhựa và thân cây lúa f

=tgϕms = 0,2867 ÷0,7265

Hình 2.2 Phương pháp xác ñịnh hệ số ma sát

1 Mặt phẳng ñế, 2 Mặt phẳng ñộng, 3 Vật liệu khảo sát, 4 Vạch chia ñộ,

5 Trục dòng rọc, 6 Dây tời, 7 Tay quay2.1.2 Máy cắt băm gốc rạ

2.1.2 Cơ sở lý thuyết quá trình cắt thái [4]

Cơ sở lý thuyết của quá trình cắt thái bằng lưỡi dao

Hình 2.3 Tác dụng cắt thái của lưỡi dao

Theo thí nghiệm của viện sĩ Gơriatskin V.P ñã chứng minh rằng nếu cắt thái theo hướng nghiêng sẽ giảm ñược lực cắt thái cần thiết so với cắt thái theo hướng pháp tuyến (chặt bổ)

Qua thí nghiệm viện sĩ Gơriatskin V.P cho chúng ta thấy, rõ ràng là khi cắt thái có trượt thì lực cần thiết ñể cắt thái giảm so với cắt thái không có trượt rất nhiều Chúng ta có thể giải thích ñiều này bằng một số cơ sở vật lý của quá trình cắt thái bằng lưỡi dao như sau:

Lưỡi dao dù sắc bén nhưng khi soi qua kính hiểm vi cũng thấy có những răng cưa Do ñó, khi lưỡi dao di chuyển có thêm hướng tiếp tuyến, nghĩa là khi có trượt thì lưỡi dao ñã phát huy tác dụng cưa ñứt vật thái Nếu lưỡi dao chỉ cắt theo hướng pháp tuyến (chặt bổ), ñó là quá trình cắt thái bằng nêm, lực cắt thái phải hoàn toàn khắc phục ứng suất của vật thái ñể cắt vật thái, còn khi cắt có trượt thì một phần lực cắt thái sẽ khắc phục ứng suất kéo, mà các vật liệu thái và nhất là vật liệu

có sợi như rơm (mà chúng ta ñang ñi nghiên cứu) và vật liệu ñàn

Ví dụ: ñối với củ quả: σn= 86 ÷ 105 N/cm2

σk= 45 ÷ 85 N/cm2

Ngoài ra, khi cắt thái có trượt, lát thái do ñoạn ∆S của lưỡi dao thái trượt theo phương P với diện tích F(cm2) sẽ có bề rộng bp nhỏ hơn bề rộng bn khi ñoạn

∆S thái không trượt (theo phương N) với cùng diện tích F ñó (hình 2.4), vì:

τ

cos

n

n n

AA

AA b AAp

F

B = = = (2.1)

do ñó quá trình cắt thái dễ dàng hơn

Hình 2.4 Tác dụng cắt trượt giảm chiều rộng lát thái

Tuy nhiên quá trình cắt thái lưỡi dao vừa nén vừa trượt tương ñối với chỗ

tiếp xúc chỉ phù hợp với những vật liệu có tính ñàn hồi và nhiều thớ Còn những vật liệu cứng rắn không ñàn hồi và ít thớ thì cắt trượt bằng lưỡi dao là không hợp lý

Rơm rạ, vật liệu chúng ta ñang nghiên cứu ñể cắt thái là loại vật liệu ñàn hồi, có

sơ và nhiều thớ chính vì vậy rất phù hợp với phương pháp cắt thái có trượt

Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình cắt thái bằng lưỡi dao (Cắt có trượt)

ðể cắt thái rơm thành từng ñoạn bảo ñảm chất lượng, giảm ñược năng lượng cắt thái, ta cần xét ñến một số yếu tố chính thuộc phạm vi dao thái và vật thái (rơm) ảnh hưởng tới quá trình cắt thái:

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

ðây là yếu tố trực tiếp ñảm bảo quá trình cắt ñứt vật thái và liên quan ñến

các yếu tố khác thuộc phạm vi dao thái và vật thái (hình 2.4):

q =

S

Q

∆ (N/cm) (2.2)

Trong ñó: Q là lực cắt thái cần thiết (N)

∆S là ñộ dài ñoạn lưỡi dao (cm)

Viện sĩ Gơriatskin V.P ñã làm thí nghiệm và ñưa ra kết quả khi cắt thái không có trượt (chặt bổ τ = 0) ñối với rơm: q0 = 50 ÷ 120 (N/cm), còn khi cắt thái

có trượt thì q thay ñổi phụ thuộc vào góc τ Bằng dụng cụ khảo nghiệm dao thái, ñể xác ñịnh mối quan hệ giữa lực cắt thái riêng q với góc trượt τ thay ñổi (τ = 0 ÷ 70) cho thấy, nói chung có thể gặp dạng hàm của q:

).1.(

= q

Trong ñó : α là hệ số, α = 1/100; 1/110; 1/120

Hình 2.5 Sơ ñồ quá trình cắt thái bằng lưỡi dao

a) Lưỡi dao nén ép và cắt ñứt b) Lưỡi dao có góc mài σ

Khi cắt thái các vật ñàn hồi như rơm rạ, áp suất riêng gây ra hai giai ñoạn:

ñầu tiên là lưỡi dao nén ép vật thái một ñoạn, rồi ñến cắt ñứt vật thái (Hình 2.5)

Trong quá trình lưỡi dao ñi vào vật thái còn phải khắc phục các lực ma sát T1 do áp lực cản của vật thái tác ñộng vào mặt bên của lưỡi dao và T2 do vật thái dịch chuyển

bị nén ép tác ñộng vào mặt vát của cạnh sắc lưỡi dao

Nếu gọi Pt là lực cản cắt thái thì:

Q = Pt + T1 + T2cos σ (2.4)

Các yếu tố thuộc về dao thái

ðộ sắc e (mm) của cạnh sắc lưỡi dao

ðộ sắc e (mm) của cạnh sắc lưỡi dao, chính là chiều dày e của nó (hình 2.6)

Thông thường ñộ sắc cực tiểu ñạt tới 20 ÷ 40µm ðối với các máy thái trong chăn nuôi, ñộ sắc không ñược vượt quá 100µm, nếu vượt quá 100µm lưỡi dao coi như cùn và thái kém [4]

ðiều kiện trượt của lưỡi dao trên vật thái

Như chúng ta ñã biết, ñường trượt của lưỡi dao trên vật thái (rơm) hay của vật thái (rơm) trên lưỡi dao theo quan hệ tương hỗ, càng dài thì lực cản cắt thái càng giảm

ðể thực hiện ñược hiện tượng trượt nói chung của lưỡi dao trên lớp vật liệu

thái, ta ñi phân tích vận tốc V của một ñiểm M ở lưỡi dao khi tác ñộng vào lớp vật thái (hình 2.7)

Ta có thể phân tích vận tốc V làm hai phần: thành phần vận tốc pháp tuyến V n

vuông góc với lưỡi dao và thành phần vận tốc tiếp tuyến V t theo cạnh sắc lưỡi dao Vận tốc pháp tuyến V n là vận tốc của dao thái ngập sâu vào vật thái (rơm),

vận tốc tiếp tuyến gây nên chuyển ñộng trượt, tỷ số giữa trị số vận tốc V t và V n gọi

[4] Như vậy có nghĩa hiện tượng cắt của dao ñối với vật thái sẽ có một ñiều kiện chung ñể phát huy thật sự mạnh mẽ tác dụng cắt trượt, ñể giảm lực cắt thái ñược nhiều hơn

Phát triển các lý luận nghiên cứu về cắt thái của Viện sĩ Gơriatskin V.P, Viện

sĩ Giưligopski V.A ñã phân tích nội dung vật lý của vấn ñề này như sau:

Ông ñi xét các lực tác ñộng giữa lưỡi dao và vật thái : trong trường hợp cắt thái không có trượt (chặt bổ τ = 0) thì không xét vì ở ñây chỉ có một lực duy nhất là

lực pháp tuyến Mà chỉ xét trường hợp cắt thái có trượt (τ ≠ 0)

ðể ñơn giản, ta xét trường hợp dao thẳng AB quay quanh một tâm quay O và

cách tâm quay một ñoạn p ðể dễ phân tích ta sẽ vẽ tách riêng và xét các lực do vật liệu (rơm) tác ñộng vào lưỡi dao cắt (hình 2.8a) và các lực do dao cắt tác ñộng vào vật liệu (hình 2.8b,c)

Khi dao tác ñộng vào cọng rơm thì ở ñiểm tiếp xúc M sẽ sinh ra lực pháp tuyến chống ñỡ ngược chiều theo nguyên lý “lực và phản lực” Trên hình 2.8a cọng

rơm tác dụng vào lưỡi dao ở ñiểm M d với lực pháp tuyến N’, còn ở hình 2.8 b và hình 2.8 c thì lưỡi dao tác ñộng vào cọng rơm ở ñiểm M r với lực pháp tuyến N = N’ nhưng ngược chiều, vì phương chuyển ñộng M d ở lưỡi dao (theo phương vận tốc V)

không trùng với phương pháp tuyến (vì τ ≠0) cho nên lực pháp tuyến N’ có thể

phân tích thành hai thành phần: thành phần lực P’ theo phương chuyển ñộng V và

thành phần lực T’ theo phương lưỡi dao AB Ở ñây chúng ta thấy ngay rằng lực T’

có su hướng làm cho ñiểm M d trượt (xuống phía dưới) trên cọng rơm Nhưng khi ñó

sẽ xuất hiện lực ma sát F’ giữa lưỡi dao và cọng rơm hướng lên phía trên cản lại

hiện tượng trượt ñó, với trị số F’ = T’ Cũng phân tích tương tự như vậy ở hình 2.8b

và hình 2.8c thì lực pháp tuyến N do lưỡi dao tác ñộng vào ñiểm M r của cọng rơm

cũng có thể phân tích thành hai thàng phần: thành phần lực P theo phương chuyển

ñộng và thành phần lực T theo phương của lưỡi dao AB Ở ñây, phía trên cũng xuất

hiện lực ma sát giữa cọng rơm và lưỡi dao (F cũng bằng F’) hướng xuống phía dưới

cản lại hiện tượng trượt với trị số F = T

V O

P' N'

T'

F'

M d

τ H

R

T F

N

P V

Hình 2.8 Phân tích lực tương tác giữa lưỡi dao và vật liệu

a) Các lực do rơm tác ñộng vào dao; b) Các lực do dao tác ñộng vào rơm khi

τ≤ϕ ; c) Các lực do dao tác ñộng vào rơm khi τ≥ϕ Trên hình vẽ ta nhận thấy rằng góc trượt càng lớn thì lực T (hay T’) càng

ñiểm M r của cọng rơm không trượt theo lưỡi dao Nghĩa là cắt thái với góc trượt (τ

≠ 0) nhưng 2 ñiểm M r của rơm và M d của dao khi tiếp xúc với nhau nhưng vẫn

không trượt ñi ñược Trái lại, trong qúa trình cắt, ñiểm M ñ của dao vẫn giữ chặt

cong rơm tại ñiểm M r mvà nén xuống với lực tác ñộng P cho ñến khi cắt ñứt (lúc này tại M r của cọng rơm có 3 lực tác ñộng là P, T, và F nhưng F = T và ngược chiều nhau cho nên lực tổng hợp là P)

Nhưng như ta ñã biết, khi T tăng, F tăng theo và chỉ ñạt tới trị số lực ma sát cực ñại F max mà thôi (theo khái niệm lực ma sát và góc ma sát)

Trị số:

' ' max F tg N f

F = ϕ = (2.7)

Trong ñó: ϕ’ là góc ma sát giữa dao thái và vật liệu ( cọng rơm ),

' ' tg ϕ

f = là hệ số ma sát

Trong trường hợp ma sát giữa lưỡi dao và rơm này (coi như là một ñường thẳng với bề mặt) thì trị số của góc ma sát ϕ’ không cố ñịnh như thông thường (giữa

bề mặt với bề mặt) Trái lại, theo thực nghiệm ϕ’ và f’ thay dổi trị số ít nhiều Do

ñó, ñể phân biệt hiện tượng ma sát của lưỡi dao với vật liệu, Viện sĩ Gơriatskin V.P

ñề nghị gọi góc ϕ’ là góc cắt trượt ϕ’ và hệ số f’ = tgϕ’ là hệ số cắt trượt f’

Vậy khi T và F tăng tới giới hạn T = F ≥ F max nghĩa là T = F = N.tgτ hay τ≥

ϕ’ thì quá trình cắt chưa có hiện tượng “trượt tương ñối” giữa các ñiểm của lưỡi

dao tiếp xúc với các ñiểm của cọng rơm (sức cản do ma sát)

Khi T tăng lên , do góc τ tăng lên (vì T = N.tg τ), trong khi ñó lực ma sát

không thể tăng lên ñược nữa và ñạt giá trị F max , nghĩa là khi T > F max hay τ > ϕ’ Khi ñó hiệu số lực T - F max sẽ có xu hướng làm cho M r của rơm trượt ñi, rời ñiểm

M d của dao, lên phía trên hay ngược lại ñiểm Md của dao trượt ñi, rời ñiểm Mr của rơm xuống phía dưới, bây giờ bắt ñầu xuất hiện hiện tượng trượt tương ñối giữa dao

và rơm Và khi ñó quá trình cắt thái mới thực sự có trượt, dao mới phát huy khả năng cưa cuộng rơm (bằng những răng cưa nhỏ) và lực cắt thái mới giảm nhiều, cắt thái mới dễ dàng Lúc này hợp lực của 3 lực P, T, Fmax do dao thái tác ñộng vào rơm không phải là lực P mà luôn là R, nghĩa là dù τ lớn bao nhiêu nữa dao cũng tác ñộng

vào rơm bằng lực tổng hợp R mà thôi (tức là chỉ theo phương hợp với pháp tuyến một góc ϕ’ như hình 2.8c)

Qua việc phân tích trên ta xét 3 trường hợp:

- Trường hợp góc trượt τ = 0, quá trình cắt thẳng góc không trượt, chỉ có lực pháp truyến, không có lực tiếp tuyến ;

- Trường hợp góc trượt 0<τ ≤ ϕ’, quá trình cắt vẫn chưa có trượt, tuy có cả

lực tiếp tuyến nhưng lực tiếhrẻp tyến này chưa gây trượt vì ma sát ;

- Trường hợp góc trượt τ > ϕ’, quá trình cắt có trượt tương ñối giữa dao và

rơm do lực tiếp tuyến ñủ lớn thắng ñược hiện tượng ma sát

Như vậy, ñiều kiện cắt ñể giảm lực cắt là góc trượt τ phải có giá trị lớn hơn hay bằng góc cắt trượt ϕ’ Qua thí nghiệm bằng dụng cụ ño ma sát giữa vật liệu thép

(vật liệu chúng ta chọn ñể làm dao) với rơm (ñối tượng cắt của dao ta cần nghiên cứu cắt) do Gơriarskin V.P thiết kế (hình 2.9), dùng mặt phẳng nghiêng khi cho góc nghiêng thay ñổi PGS - TS Trần Minh Vượng ñã xác ñịnh ñược góc ma sát ϕ’ giữa kim loại và rơm (ϕ’ = 25 ÷ 300

Hình 2.9 Dụng cụ ño lực và áp suất cắt riêng

Tuy nhiên trong trường hợp góc trượt 0<τ≤ϕ’ vẫn có lợi về lực cắt thái hơn

so với trường hợp cắt chặt bổ (τ = 0) Vì giả sử trong khi dao cắt ngập vào lớp rơm,

sẽ chịu lực cản cắt σ (do ứng suất bền của vật liệu rơm, do ma sát của mặt dao vời

Hình 2.10 Tác dụng giảm lực cắt thái pháp tuyến 0 <τ ≤ ϕ’

Khi có góc τ (τ ≠0), muốn cắt ñược vật liệu thì trong lúc phương lực P thay ñổi (lệch ñi so với thành phần pháp tuyến N theo góc trượt τ) ñầu vectơ lực P phải

di chuyển theo vòng tròn có bán kính bằng trị số tối thiểu σc (tối thiểu P = σc) Như vậy khi τ tăng dần tới τ1 thì P tăng tới P 1 và thành phần pháp tuyến N sẽ tương ứng

là N 1 và ta thấy N > N 1, nghĩa là lực cắt pháp tuyến có giảm ñi (nhỏ hơn trị số ban

ñầu N = σc khi τ = 0) (hình 2.10)

Cũng do phát huy ñược hiện tượng cắt trượt, giảm ñược lực cắt thái, cho nên

thực tế lực tổng hợp R do dao tác ñộng vào rơm có trị số giảm dần khi góc trượt τ

càng lớn hơn góc cắt trượt ϕ’

Quan hệ giữa dao thái và tấm kê thái

+ Khe hở δ giữa cạnh sắc của lưỡi dao và cạch sắc tấm kê thái

Thực nghiệm ñã cho thấy ảnh hưởng thể hiện bằng sự phụ thuộc của công suất cắt N với khe hở δ: δ có một giới hạn thích hợp ñể cho N tương ñối nhỏ (hình 2.11) Vật liệu cắt càng mảnh thì khe hở δ càng nhỏ, nếu không, lưỡi dao có thể bẻ gập thân vật liệu lọt xuống khe hở và kéo ñứt nó, giảm chất lượng cắt Nhưng δ

cũng không thể nhỏ quá ñược, vì ñĩa lắp dao (hay trống lắp dao) ñều có ñộ dịch chuyển dọc trục cho phép và gối ñỡ cũng có ñộ dịch chuyển dọc trục cho phép

Ở trống lắp dao quay với số vòng quay lớn, do lực ly tâm, dao cũng sẽ có ñộ võng ra phía ngoài ðối với máy thái rau, cỏ, rơm δ không ñược quá 1mm thì cắt mới tốt [4]

N

δ δ

δ

O

(mm) max

min (KW)

Hình 2.11 ðồ thị phụ thuộc δ với N

+ Góc kẹp χ và ñiều kiện kẹp vật thái giữa cạch sắc lưỡi dao và cạnh sắc tấm

kê

T' M'

F'

F M

N O VËt th¸i

l−ìi tÊm kª th¸i

L−ìi

ao χ

2

χ 2

Hình 2.12 Góc kẹp χ

ðây là một yếu tố ảnh hưởng trong trường hợp cắt thái kiểu “kéo cắt”, có một cạnh sắc nữa (ở ñây là cạnh sẵc tấm kê) cùng phối hợp kẹp và cắt vật thái Góc BAC hợp bởi cạnh sắc lưỡi dao AB và cạnh sắc tấm kê AC nói chung gọi là góc mở

χ (hình 2.12) Khi góc mở lớn, hai cạnh sắc không kẹp giữ yên ñược vật thái mà có

tác ñộng ñẩy nó ra, khó cắt thái ñược Với một trị số góc mở nhỏ hơn ñủ ñể hai cạnh

sắc kẹp giữ yên ựược vật thái ựể cắt ựược nó thì góc mở ựó ựược gọi là góc kẹp χ Giá trị góc kẹp χ phải ựược bảo ựảm khi thiết kế bộ phận cắt thái có tấm kê và là ựiều kiện ựể dao và tấm kê kẹp ựược vật thái

Ta có thể xác ựịnh ựược ựiều kiện kẹp như sau: xét vị trắ cạnh sắc AB của lưỡi dao và cạnh sắc AC của tấm kê như hình vẽ trên, với các lực tác ựộng vào rơm (ựược mô phỏng có tiết diện tròn tâm O): do lưỡi dao tiếp ựiểm M là lực pháp tuyến

N và lực ma sát F; do tâm tấm kê ở tiếp ựiểm MỖ, tương ứng là NỖ và FỖ Lực tổng hợp, do lưỡi dao là R, do tấm kê là RỖ Góc NMR = ϕỖ1 là góc cắt trượt (tương tự góc ma sát) của cạnh sắc lưỡi dao với vật thái và F = N.tgϕỖ1; góc NỖMỖRỖ = ϕỖ2 là góc cắt trượt (tương tự góc ma sát) của cạnh sắc tấm kê với vật thái và FỖ = NỖ.tgϕỖ2

Lực N ựược phân tắch làm 2 thành phần: S theo hướng vuông góc với ựường phân giác AO của góc mở χ và T theo hướng cạnh sắc AB,

2 χ

tg N

cũng ựược phân tắch tương tự thành SỖ theo hướng vuông góc với phân giác AO và

T theo hướng cạnh sắc AC của tấm kê,

2 '.

tg N

T = Các thành phần S, SỖ không gây cho vật thái chuyển ựộng (theo hướng AO), nhưng T và TỖ thì có xu hướng ựẩy vật thái ra ngoài đồng thời các lực ma sát F và FỖ ựược gây ra và chống lại các thành phần lực T và TỖ đó là các trị số ma sát cực ựại Ta rất dễ nhận thấy rằng :

2'.tgχ N tgϕ

- Khi T = F và TỖ = FỖ, nghĩa là χ = ϕ1' + ϕ2' thì các lực ma sát F, FỖ ựủ cản các lực T và TỖ và vật thái ựược kẹp yên

- Khi T < F và T’ < F’, nghĩa là χ > ϕ1' + ϕ2' , thì các lực ma sát thực tế không thể ñạt trị số cực ñại F và F’ nữa, mà chỉ ñạt tới trị số cân bằng với các lực T

và T’ ñủ ñể chống ñược lại các hiện tượng ñẩy vật thái ra ngoài Như vậy, vật thái cũng ñược kẹp chặt hơn, không bị ñẩy ra ngoài ñược

Tóm lại, ñiều kiện kẹp vật thái giữa cạnh sắc lưỡi dao và cạnh sắc tấm kê là góc kẹpχ ≤ ϕ1' + ϕ2' ðối với dao kiểu ñĩa χ = 40 ÷ 500, dao trống χ = 24 ÷ 300

Nếu một trong 2 góc trượt (góc ma sát) ϕ’1 và ϕ’2 có trị số nhỏ nhất, gọi là

ϕmin thì theo Viện sỹ Xablikôv, ñiều kiện kẹp hoàn toàn là '

minϕ

Nếu ϕ1' = ϕ2' = ϕ ' thì ñiều kiện kẹp là χ = 2 ϕ '

Nếu ϕ1' > χ >ϕ2' , nhĩa là 2 ϕ1' > 2 χ > 2 ϕ2' , thì ta sẽ thấy có hiện tượng vật thái bị xoay tròn tại chỗ và cắt thái cũng khó

Ta cũng cần chú ý rằng trong trường hợp χ > ϕ1' + ϕ2' thì vật thái bị ñẩy ra ngoài cho tới khi góc mở giảm xuống tới trị số góc kẹpχ = ϕ1' + ϕ2' lại ñảm bảo ñiều kiện kẹp

[4] Máy phục vụ chăn nuôi, Nhà xuất bản giáo dục2003 tác giả Trần Minh Vượng

2.1.3 Yêu cầu ñặt ra ñối với máy

ðối tượng làm việc của máy cắt băm gốc rạ tương ñối phức tạp Các gốc rạ ở trạng thái ñổ ngả khác nhau, một ñầu ñược giữ một ñầu tự do trong khi ñộ mảnh và

ñộ dai của gốc rạ lớn nguyên lý ñược lựa chọn và kết cấu máy hợp lý ñảm bảo các yêu cầu

Máy cắt băm gốc rạ phải thực hiện ñược hai nhiệm vụ chính là cắt và băm gốc rạ thành những ñoạn ngắn yêu cầu, máy phải có kết cấu nhỏ gọn, dễ chế tạo, dễ dàng liên hợp với nguồn ñộng lực sẳn có, năng suất, giá thành phải phù hợp với nông dân

Bề rộng làm việc 1m 1,3m, năng suất 0,2 ÷ 0,3 ha/h, chiều dài ñoạn cắt 5 10cm, chiều dài gốc rạ còn lại sau khi cắt từ 5cm ÷10cm, (với chiều dài ñoạn cắt này sẽ dễ dàng cho các liên hợp máy phía sau làm việc, giảm chi phí năng lượng ñối

-với máy làm ñất khi ñể nguyên cây, không gây tắc kẹt cho máy gieo hạt) dễ dàng

gá lắp trên các máy kéo bánh lốp có trong sản xuất

Với chiều dài ñoạn băm thân cây rạ 5 ÷ 10 cm làm chi phi năng lượng, chóng tắc kẹt cho các bộ phận làm việc phía sau nhu máy làm ñất, máy gieo ñậu tương

2.1.4 Xây dựng mô hình nguyên lý cấu tạo của máy

Sau khi thu hoạch lúa, gốc rạ ñể lại trên ñồng với số lượng lớn và chiều dài gốc rạ cao từ khoảng 30 cm ñến 50 cm, có nơi chiều dài ñạt ñến 70 cm Mật ñộ gốc

rạ tùy theo từng giống lúa và phương pháp gieo cấy Qua ño ñạc với một số thửa ruộng sau thu hoạch cho thấy, số khóm lúa trên một mét vuông có thể từ 23 ñến 30 khóm, số cây trên một khóm từ 6 ñến 8 cây, với gieo sạ mật ñộ gốc từ 450 ñến 720 cây/m2

Nhiệm vụ ñặt ra cho máy cắt băm gốc rạ là cắt và băm gốc rạ thành các ñoạn ngắn, chiều cao gốc rạ ñể lại không quá cao, chiều dài ñoạn cắt không quá dài gây cản trở cho các máy liên kết sau (ñề tài ñặt ra yêu cầu chiều dài ñoạn cắt từ 5 ñến 10cm) Bộ phận cắt và bộ phận băm trong máy làm việc phải nhịp nhàng, ổn ñịnh,

dễ liên hợp với máy kéo

ðể giải quyết yêu cầu ñặt ra, nhóm nghiên cứu ñề xuất và lựa chọn nguyên lý

cấu tạo của máy cắt băm gốc rạ như hình 2.13

Hình 2.13 Sơ ñồ nguyên lý máy cắt, băm gốc rạ kiểu trống

1- Dao cắt di ñộng; 2- Tấm kê; 3- Trống quay; 4 - Bulong ñịnh vị và ñiều chỉnh chiều cao cắt; 5 - Xylanh thủy lực; 6 - Dao cố ñịnh; 7 - Cánh gạt; 8 - ðộng cơ thủy lực; 9- Vít ñiều chỉnh chiều cao cắt gốc; α l - Góc nghiêng của tấm kê; γ l – Góc nghiêng trung bình của cây so với phương thẳng ñứng; v km – vận tốc tiến của máy kéo; h – Chiều cao gốc rạ sau khi cắt; H – Chiều cao gốc rạ trước khi cắt; a – Khảng cách giữa các dao cố ñịnh

Máy cắt băm gốc rạ thực hiện hai nhiệm vụ chính là cắt và băm ngắn gốc rạ thành các ñoạn ngắn Máy làm việc với ba công ñoạn chính là: cắt, vơ và băm ngắn Máy gồm bộ phận cắt, bộ phận vơ và băm ngắn gốc rạ Bộ phận cắt có hai chi tiết chính là tấm kê 2 và dao cắt di ñộng 1 lắp trên trống quay 3 Bộ phận vơ và băm gồm có các cánh gạt 7 lắp trên trống quay thực hiện việc vơ và ñưa gốc rạ ñã ñược cắt vào trong buồng băm, tại ñây có các dao cố ñịnh 6 bố trí song song với nhau ñể thực hiện băm ngắn gốc rạ theo nguyên lý cánh gạt quay- dao cố ñịnh Hai trống quay nhận truyền ñộng qua hệ thống truyền ñộng thủy lực kết hợp với truyền ñộng

cơ ñể hai trống quay ngược chiều nhau với vận tốc khoảng 400 vòng/phút Khi máy làm việc, máy kéo di chuyển với vận tốc tiến vkm, tấm kê vừa có vai trò rẽ gốc rạ vừa giữ vai trò của tấm kê, dao cắt lắp trên trống quay thực hiện việc cắt, các cánh

vơ lắp trên trống thực hiện việc vơ các gốc rạ ñã ñược cắt vào buồng băm và tại ñây các cánh vơ kết hợp với các dao cố ñịnh thực hiện việc băm ngắn các gốc rạ rồi sau

ñó tung rải lên mặt ñồng Máy cắt băm gốc rạ ñược liên kết trước máy kéo thông qua các Bulong 4 Góc nghiêng của tấm kê khi làm việc có thể thay ñổi nhờ chốt chặn 9

Chiều cao gốc rạ còn lại sau khi cắt h phụ thuộc vào chiều cao ñặt máy và góc nghiêng của tấm kê Chiều cao ñặt máy ñược bố trí ñể thuận lợi cho khả năng di chuyển của máy trên ñồng, tại mẫu máy thử nghiệm ban ñầu, chiều cao ñặt máy ñược

cố ñịnh nhờ các Bulong 4 Góc nghiêng của tấm kê có thể ñiều chỉnh linh hoạt thông qua chốt chặn 9

Chiều dài của các ñoạn cắt phụ thuộc vào trạng thái ñổ ngã của cây và ñặc biệt phụ thuộc vào khảng cách giữa các dao cố ñịnh a

2.1.5 Nguồn ñộng lực cung cấp cho máy

Lựa chọn nguồn ñộng lực phù hợp quyết ñịnh tới chất lượng làm việc và năng suất của máy Do máy cắt băm gốc rạ lạ một máy trong liên hợp máy làm ñất tối thiểu nên

ðề tài chọn nguồn ñộng lực là máy kéo bánh hơi 80 Hp sẳn có tại Khoa Cơ ðiện Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội

Hình 2.14 Hình dáng tổng thể máy kéo MTZ 8

Hình 2.15 Máy kéo bánh lốp MTZ 80

Máy kéo bánh lốp MTZ 80 do nước cộng hòa Belarus chế tạo ñược sử dụng phổ biến ở Viêt Nam từ trước tới nay ở nhiều ñịa phương, hiện nay sử dụng nhiều ở các tỉnh vùng ðBSCL:

Các thông số của máy ñược trình bày trong bảng sau:

Bảng 2 Một số thông số hình học của máy MTZ 80