Nghiên cứu hoàn thiện thiết kế máy cắt băm thân cây sắn già, ứng dụng vào mô hình cơ giới hoá sản xuất sắn

Gần đây tại Việt Nam nhóm cán bộ đề tài KC.07.07/06-10 dưới sự chủ trì của Tiến sĩ Hà Đức Thái - Đại học Nông nghiệp Hà Nội đã đưa ra cấu trúc máy băm thân cây sắn đặt trước đầu máy kéo,

MỤC LỤC

1.1 Tình hình sản xuất, tiêu thụ sắn trên thế giới và Việt Nam 3 1.2 Tình hình nghiên cứu cơ giới hóa khâu cắt nghiền thân cây sắn 9 Chương 2: HOÀN THIỆN NGUYÊN LÝ VÀ CẤU TRÚC MÁY CẮT

2.2 Các phương pháp tận dụng cây sắn già trước khi thu hoạch 13 2.3 Tìm hiểu một số loại máy cắt nghiền thân cây hiện nay 14 2.4 Yêu cầu kỹ thuật cắt nghiền thân cây sắn già 20 2.5 Tìm hiểu, đề xuất nguyên lý cấu trúc máy nghiền thân cây sắn già 21

Chương 3: HOÀN THIỆN TÍNH TOÁN THIẾT KỀ MỘT SỐ BỘ

3.2 Nội dung và kết quả hoàn thiện tính toán một số chi tiết cụm máy

3.2.1 Một số cơ sở lý thuyết cắt thái cơ bản liên quan đến tính toán

3.2.2 Nội dung và kết quả hoàn thiện tính toán một số bộ phận chính

3.2.3 Thiết kế một số bộ phận, chi tiết làm việc chính của máy 43 3.3 Tính toán một số thông số cấu trúc máy cắt nghiền thân cây sắn già 50

3.3.2 Tính toán chiều dài của gốc sắn khi dao cắt gốc tác động vào

4.2 Đối tượng, nội dung, và phương pháp khảo nghiệm 60

4.3.1 Kết quả khảo nghiệm chất lượng cắt nghiền, tỷ lệ cây sót, biến

động chiều cao gốc sắn để lại, tỷ lệ cây bị nhổ gốc trên các điều

4.3.3 Xác định năng suất thực tế làm việc của máy 73

Chương 5: TÍNH TOÁN SƠ BỘ HIỆU QUẢ KINH TẾ KHI ỨNG

DỤNG MÁY CẮT BĂM (NGHIỀN) THÂN CÂY SẮN GIÀ

5.1 Mục đích, nội dung và phương pháp đánh giá hiệu quả kinh tế: 76

5.1.2 Nội dung 76

5.2 Kết quả tính toán chi phí cho khâu thu gom thân cây sắn già 81 5.2.1 Chi phí khi áp dụng công nghệ truyền thống: 81

5.3.4 Khối lượng công việc tối thiểu hàng năm máy cần làm việc để

5.3.6 Mức giảm chi phí so với phương pháp thu hoạch hoàn toàn

DANH MỤC BẢNG

4.1 Các thông số kỹ thuật của máy kéo MTZ80/82 61 4.2 Một số thông số kỹ thuật của máy cắt nghiền (băm) CN 1.2 62 4.3 Các thiết bị, dụng cụ phục vụ khảo nghiệm 68 4.4 Tổng hợp điều kiện môi trường trước khi chạy máy khảo nghiệm 69 4.5 Kết quả khảo nghiệm trên ruộng sắn có thân không phân nhánh 70 4.6 Kết quả khảo nghiệm trên ruộng sắn có thân cây phân nhánh 72 5.1 Chi phí nhân công thu gom thân cây sắn già 81 5.2 Chi phí cho máy cắt băm thân cây sắn già 82 5.3 Bảng tổng hợp hiệu quả kinh tế máy cắt băm thân cây sắn già 85

DANH MỤC HÌNH

1.1 Bản đồ diện tích, sản lượng các nước trồng sắn trên thế giới 3

2.6 Bộ phận thái loại dao quay có dao kiểu búa 16

3.2 Sơ đồ lực cắt trượt giảm chiều rộng lát thái 30 3.3 Các lực tác động giữa lưỡi dao và vật thái 31

3.7 Đồ thị quan hệ áp suất cắt thái (q) và công cắt A phụ thuộc góc

3.11 Các lực tác dụng lên vật thái 38

4.1 Máy cắt nghiền(băm) CN- 1.2 gắn trên máy kéo MTZ80/82 60

4.3 Sự phụ thuộc của lực cản vào biến dạng của đất 65 4.4 Cán bộ nghiên cứu và cán bộ xã Sơn Lai trao đổi trong khu thí nghiệm 70

MỞ ĐẦU

Sắn (Manihot esculenta Crantz) còn có tên khác là: khoai mì, cassava,

tapioca, yuca, mandioca, manioc, maniok, singkong…) là cây lương thực ăn

củ hàng năm, có thể sống lâu năm, thuộc họ thầu dầu Euphorbiaceae Cây sắn cao 2 - 3 m, đường kính tán 50 - 100 cm Lá khía thành nhiều thùy, có thể dùng để làm thức ăn chăn nuôi gia súc, rễ ngang phát triển thành củ và tích luỹ tinh bột Củ sắn dài 20 - 50 cm, khi luộc chín có màu trắng đục, hàm lượng tinh bột cao Sắn luộc chín có vị dẻo, thơm đặc trưng Sắn có thời gian sinh trưởng thay đổi từ 6 đến 12 tháng, có nơi tới 18 tháng, tùy thuộc giống,

vụ trồng, địa bàn trồng và mục đích sử dụng Cây sắn có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới của châu Mỹ La tinh và được trồng cách đây khoảng 5.000 năm (CIAT, 1993) Vào thế kỷ 16 cây sắn được người Bồ Đào Nha đưa đến Congo của châu Phi, tại châu Á cây sắn được du nhập vào Ấn Độ khoảng thế kỷ 17, sau đó được trồng ở Trung Quốc, Myamar và một số quốc gia khác, khoảng giữa thế kỷ 18 cây sắn đựơc du nhập vào Việt Nam, tồn tại và phát triển cho đến ngày nay (Phạm Văn Biên, Hoàng Kim, 1991) Hiện tại, sắn được trồng trên 100 nước của vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới, tập trung nhiều ở châu Phi, châu Á và Nam Mỹ, là nguồn thực phẩm của hơn 500 triệu người (CIAT, 1993) [21].

Ở Việt Nam, sắn là cây lương thực, thức ăn gia súc quan trọng sau lúa

và ngô Theo số liệu của FAO năm 2009 nước ta có diện tích trồng sắn là 556 nghìn ha, năng suất trung bình đạt 16,9 tấn/ha, sản lượng gần 10,0 triệu tấn, trong khi đó cây lúa có diện tích 7 triệu 414 nghìn ha, năng suất đạt 5,2 tấn/ha với tổng sản lượng là 38,72 triệu tấn, cây ngô có diện tích 1,125 triệu ha, năng suất 4,02 tấn/ha, sản lượng đạt 4,53 triệu t

ấn [22]

Theo định hướng phát triển chung của ngành thì diện tích sắn của nước

ta dự kiến ổn định khoảng 450,0 nghìn ha và sẽ tập trung vào việc tăng năng suất, sản lượng bằng cách chọn tạo và phát triển các giống tốt có năng suất củ tươi và hàm lượng tinh bột cao, xây dựng và hoàn thiện quy trình kỹ thuật canh tác sắn bền vững và thích hợp vùng sinh thái [1]

Để canh tác sắn bền vững và tránh thoái hóa tầng đất canh tác, ở nhiều nước trên thế giới như Trung Quốc, Malaixia, Thái Lan trước khi thu hoạch

củ người ta đã dùng máy băm nhỏ thân cây sắn già trải trên mặt đồng rồi dùng cày trộn vào tầng đất canh tác để tăng thêm nguồn hữu cơ và làm xốp đất Máy băm nhỏ thân cây sắn được đặt sau máy kéo dẫn tới việc một lần máy kéo dịch chuyển chỉ thực hiện được nhiệm vụ băm nhỏ thân cây sắn già, gốc sắn có tỷ lệ bị vỡ nhỏ cao nên gây khó khăn cho việc dùng máy đào nhổ củ[21] Gần đây tại Việt Nam nhóm cán bộ đề tài KC.07.07/06-10 dưới sự chủ trì của Tiến sĩ Hà Đức Thái - Đại học Nông nghiệp Hà Nội đã đưa ra cấu trúc máy băm thân cây sắn đặt trước đầu máy kéo, phía sau đặt máy đào và nhổ củ, với cấu trúc như trên một lần máy kéo di chuyển trên đồng sẽ thực hiện đồng thời cắt băm nhỏ thân cây sắn già và nhổ củ sắn

Tuy vậy bước đầu thí nghiệm cho thấy mẫu máy cắt băm của Việt Nam

về cấu trúc còn một số hạn chế cần khắc phục và chưa có khảo nghiệm đánh giá hoạt động của máy cũng như tính hiệu quả kinh tế trên mô hình sản xuất,

vì vậy chúng tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu hoàn thiện thiết kế máy cắt

băm thân cây sắn già, ứng dụng vào mô hình cơ giới hoá sản xuất sắn”

Chương 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tình hình sản xuất, tiêu thụ sắn trên thế giới và Việt Nam

1.1.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ sắn trên thế giới

- Sản lượng sắn thế giới năm 2007 đạt 226,34 triệu tấn củ tươi so với

2006 là 211,26 triệu tấn và 1961 là 71,26 triệu tấn Nước có sản lượng sắn nhiều nhất thế giới là Nigeria (45,72 triệu tấn), tiếp đến là Thái Lan (22,58 triệu tấn) và Indonesia (19,92 triệu tấn) Nước có năng suất sắn cao nhất hiện nay là Ấn Độ (31,43 tấn/ha), kế đến là Thái Lan (21,09 tấn/ha), so với năng suất sắn bình quân của thế giới là 12,16 tấn/ha (FAO, 2008) [20]

Hình 1.1: Bản đồ diện tích, sản lượng các nước trồng sắn trên thế giới

tác truyền thống[21]

- Mức tiêu thụ sắn bình quân toàn thế giới khoảng 18kg/người/năm Sản lượng sắn của thế giới được tiêu dùng nội địa khoảng 85% (lương thực 58%, thức ăn gia súc 28%, chế biến công nghiệp 3%, hao hụt 11 %), còn lại 15% (gần 30 triệu tấn) được xuất khẩu dưới dạng sắn lát khô, sắn viên và tinh bột (CIAT, 1993)

- Sắn chiếm tỷ trọng cao trong cơ cấu lương thực ở châu Phi, bình quân khoảng 96kg/người/năm Zaire là nước sử dụng sắn nhiếu nhất với 391 kg/người/năm (tương đương 1123 calori/ngày) Nhu cầu sắn làm lương thực chủ yếu tại vùng Saharan châu Phi cả hai dạng củ tươi và sản phẩm chế biến ước tính khoảng 115 triệu tấn[21]

- Thị trường dao dịch xuất nhập khẩu sắn trên thế giới năm 2006 ước đạt 6,9 triệu tấn sản phẩm, tăng 11% so với năm 2005 (6,2 triệu tấn), giảm 14,8% so với năm 2004 (8,1 triệu tấn) [21] Trong đó tinh bột sắn (starch) và bột sắn (flour) chiếm 3,5 triệu tấn, sắn lát (chips) và sắn viên (pellets) 3,4 triệu tấn Trung Quốc hiện là nước nhập khẩu sắn nhiều nhất thế giới để làm cồn sinh học (bio ethanol), tinh bột biến tính (modify starch), thức ăn gia súc

và dùng trong công nghiệp thực phẩm dược liệu Năm 2005, Trung Quốc đã nhập khẩu 1,03 triệu tấn tinh bột, bột sắn và 3,03 triệu tấn sắn lát, sắn viên Năm 2006, Trung Quốc đã nhập khẩu 1,15 triệu tấn tinh bột, bột sắn và 3,40 triệu tấn sắn lát và sắn viên Thái Lan chiếm trên 85% lượng xuất khẩu sắn toàn cầu, kế đến là Indonesia và Việt Nam Thị trường xuất khẩu sắn chủ yếu của Thái Lan là Trung Quốc, Đài Loan, Nhật Bản và cộng đồng châu Âu với

tỷ trọng xuất khẩu sắn khoảng 40% bột và tinh bột sắn, 25% là sắn lát và sắn viên (FAO2007, [21])

- Viện Nghiên cứu Chính sách lương thực thế giới (IFPRI), đã tính toán

nhiều mặt và dự báo tình hình sản xuất và tiêu thụ sắn toàn cầu với tầm nhìn đến năm 2020, theo đó tới năm 2020 sản lượng sắn toàn cầu ước đạt 275,10 triệu tấn, trong đó sản xuất sắn chủ yếu ở các nước đang phát triển là 274,7 triệu tấn, các nước đã phát triển khoảng 0,40 triệu tấn Mức tiêu thụ sắn ở các nước đang phát triển dự báo đạt 254,60 triệu tấn so với các nước đã phát triển

là 20,5 triệu tấn Khối lượng sản phẩm sắn toàn cầu sử dụng làm lương thực thực phẩm dự báo nhu cầu là 176,3 triệu tấn và thức ăn gia súc 53,4 triệu tấn Tốc độ tăng hàng năm của nhu cầu sử dụng sản phẩm sắn làm lương thực, thực phẩm và thức ăn gia súc đạt tương ứng là 1,98% và 0,95% Châu Phi vẫn

là khu vực dẫn đầu sản lượng sắn toàn cầu với dự báo sản lượng năm 2020 sẽ đạt 168,6 triệu tấn Trong đó, khối lượng sản phẩm sử dụng làm lương thực thực phẩm là 77,2%, làm thức ăn gia súc là 4,4% Châu Mỹ La tinh giai đoạn 1993-2020, ước tính tốc độ tiêu thụ sản phẩm sắn tăng hàng năm là 1,3%, so với châu Phi là 2,44% và châu Á là 0,84 - 0,96% Cây sắn tiếp tục giữ vai trò quan trọng trong nhiều nước châu Á, đặc biệt là các nước vùng Đông Nam Á nơi cây sắn có tổng diện tích đứng thứ ba sau lúa và ngô và tổng sản lượng đứng thứ ba sau lúa và mía Chiều hướng sản xuất sắn phụ thuộc vào khả năng cạnh tranh cây trồng Giải pháp chính là tăng năng suất sắn bằng cách áp dụng giống mới và các biện pháp kỹ thuật tiến bộ[21]

1.1.2 Tình hình sản xuất, tiêu thụ sắn ở Việt Nam

Hiện nay Việt Nam đứng 10 thế giới về sản lượng sắn Diện tích sắn tập trung nhiều nhất ở Trung du miền núi phía Bắc (31,09%), vùng duyên hải Nam Trung Bộ (16,03%), vùng duyên hải Bắc Trung Bộ (15%), vùng Đông Nam Bộ và cao nguyên miền Trung (31,72%), vùng đồng bằng Bắc Bộ

(3,05%), vùng đồng bằng sông Mê kông (3,15%)[21]

* Xu hướng sản xuất sắn của Việt nam:

- Về diện tích: Diện tích sắn tương đối ổn định vào những năm 1990 –

2000 và tăng mạnh từ năm 2000 cho đến nay: năm 2000 là 237,6 ha, năm

2006 là 474,8 ha, năm 2007 là 560,0 nghìn ha, năm 2008 diện tích đạt 556 nghìn ha vượt cao hơn so với quy hoạch của chính phủ 135,0 nghìn ha Năm

2009 diện tích là 420.000ha (tính đến 15/7/2009 theo Agromonitor.vn[22]) Theo số liệu thống kê tính đến ngày 15/7/2010 diện tích sắn nước ta giảm 70.000ha còn khoảng 350.000ha[22], điều này được giải thích là do sự biến động giảm của giá nhiên liệu thế giới và cuộc khủng hoảng tài chính thế giới cũng làm ảnh hưởng đến các kế hoạch mở rộng sản xuất kinh doanh của các doanh nghiệp Tuy nhiên các quốc gia xuất khẩu tinh bột sắn lớn trên thế giới cũng giảm mạnh diện tích trồng, điều này đã làm cho giá của sản phẩm này trên thị trường thế giới vẫn tăng mạnh[20]

- Về năng suất: Cho tới trước năm 1996 năng suất đạt rất thấp từ 7 – 8

tấn/ha Từ năm 1996 – 2000 diện tích giống sắn mới bắt đầu được mở rộng,

đã đưa năng suất trung bình tăng lên khoảng 8,36 tấn/ha vào năm 2000 Từ năm 2001 đến nay, diện tích các giống sắn mới đã không ngừng được mở rộng, hiện chiếm khoảng xấp xỉ 60% diện tích trồng Năm 2006 đã có khoảng trên 300.000 ha sắn được trồng bằng các giống mới So với năm 2000 năng suất sắn trung bình toàn quốc đã tăng gần 2 lần, năm 2006 đã đạt trung bình 16,24 tấn/ha, đến năm 2008 đạt 16,9 tấn/ha trong khi năng suất trung bình thế giới đạt 12,16 tấn/ha tuy nhiên vẫn thấp hơn nhiều so với một số nước như Ấn

Độ đạt 31,43 tấn/ha, Thái Lan là 21,09 tấn/ha Ở những vùng sản xuất tập trung, diện tích giống mới đạt xấp xỉ 100%, năng suất trung bình có thể đạt tới

20 – 30 tấn/ha, nhiều nông dân đã đạt tới 25 – 30 tấn/ha trong diện tích trang trại 5 – 10 ha [20], [21], [22]

- Về sản lượng: Sản lượng đã đạt khoảng trên 4 triệu tấn vào thập niên

1970 – 1980 (do diện tích tăng) Sau đó ổn định ở mức khoảng 2 triệu tấn

những năm 1980 – 2000 Hiện nay tăng rất mạnh đạt khoảng 7,7 triệu tấn năm

2006, năm 2008 đạt khoảng 8,0 triệu tấn Năm 2009 sản lượng sắn cả nước

đạt gần 10,0 triệu tấn [20]

- Thị trường tiêu thụ: Tinh bột sắn là nguồn nguyên liệu quan trọng của các ngành công nghiệp thực phẩm, chế biến thức ăn gia súc, công nghiệp nhẹ đặc biệt là nguyên liệu để sản xuất Ethanol – năng lượng sạch phổ

thông trong tương lai Theo đề án của chính phủ về “Phát triển nhiên liệu sinh học đến 2015 và tầm nhìn đến 2025” thì tỷ lệ pha Ethanol vào xăng bắt

buộc trong giai đoạn 2010-2014 là 5%, giai đoạn 2015 - 2025 là 10% do đó đến năm 2012 nhu cầu Ethanol là 300,0 triệu lít, năm 2015 là 457,0 triệu lít, năm 2025 là 1,0 tỷ lít[1],[20] Hiện tại Tập đoàn dầu khí Việt Nam (PVN) đã đầu tư 240,0 triệu USD để xây dựng 03 nhà máy sản xuất Ethanol tại Bù Đăng - Bình Phước, Tam Nông - Phú Thọ, Dung Quất - Quảng Ngãi công suất mỗi nhà máy hàng năm sản xuất 100,0 triệu lít, sử dụng 720,0 nghìn tấn sắn lát khô, dự kiến đi vào sản xuất trong năm 2011 Trong giai đoạn 2012-

2014 chỉ riêng nhu cầu nguyên liệu cho các nhà máy sản xuất Ethanol của PVN là 16% và năm 2025 là 50% sản lượng sắn toàn quốc Dự kiến năm

2010 các nhà máy này sẽ sản xuất ra 240,0 triệu lít Ethanol làm nhiên liệu sản xuất xăng E5 phục vụ cho cả nước[1], [21] Ngày 5/8/2010 nhà máy Ethanol Đại Tân đặt tại huyện Đại Lộc-Quảng Nam do Công ty cổ phần Đồng Xanh đầu tư với số vốn 900,0 tỷ Việt Nam đồng đã khánh thành và cho ra những

mẻ sản phẩm đầu tiên, công suất nhà máy đạt 100.000 tấn nguyên liệu tương đương 125,0 triệu lít Ethanol/năm và 02 sản phẩm phụ là CO2 lỏng và phân bón Nhà máy đã tạo công ăn việc làm cho 300 lao động địa phương và tiêu thụ sản phẩm cho 20.000 nông dân[22] Với các chương trình, dự án mang tầm cỡ Quốc gia này thì Tập đoàn dầu khí Việt Nam đã cam kết hỗ trợ nông dân về vốn, giống, kỹ thuật canh tác và đặc biệt là ký hợp đồng thu mua ổn

định cho bà con nông dân, đây là cơ hội và điều kiện rất tốt để nông dân tại các khu vực miền núi, vùng sâu vùng xa như miền Trung Tây Nguyên, miền núi phía Bắc có thể vượt khó khăn, xóa đói giảm nghèo[22]

* Về giá và giá trị xuất khẩu:

- Cùng với việc đầu tư xây dựng các nhà máy trong nước cộng với chiến lược dài hạn cho tương lai của chính phủ, các địa phương, các ngành

mà xu thế giá sắn củ ngày càng tăng Thị trường tại Quảng Ngãi và một số địa phương trọng điểm khác về trồng sắn, năm 2009 giá bán sắn tươi đạt 400.000-500.000vnđ/tấn thì vào tháng 8/2010 giá sắn tươi đã đạt 900.000vnđ/tấn, sắn lát khô đạt 1.800.000vnđ/tấn trong khi đó giá mía là 700.000 đến 750.000đ/tấn (mía 10 chữ đường) [20], do đó nông dân ở một số địa phương

đã đổ xô chuyển sang trồng sắn thay vì các cây trồng khác Giá xuất khẩu tại cửa khẩu Hữu Nghị là 175USD/tấn năm 2009, những tháng đầu năm 2010 giá xuất khẩu sắn lát khô đạt 2.500.000đồng/tấn[20]

- Năm 2009 cả nước xuất khẩu được hơn 4 triệu tấn sắn khô kim ngạch đạt 800,0 triệu USD Sáu tháng đầu năm nay cả nước xuất khẩu được 1,2 triệu tấn tinh bột khô và sắn lát miếng, doanh thu đạt 330,0 triệu USD[20]

Hiện sắn có tiềm năng cao về xuất khẩu và tiêu thụ nội địa Thực tế trong những năm gần đây, ở nước ta cây sắn đang chuyển đổi nhanh chóng từ cây lương thực thành cây hàng hoá với lợi thế cạnh tranh cao, hiện nay Việt Nam hiện là nước xuất khẩu tinh bột sắn đứng hàng thứ ba ở Châu Á, xuất khẩu sắt lát khô đứng đầu thế giới Các nước nhập khẩu nhiều sắn của Việt Nam là Trung Quốc chiếm tới 90% sản lượng xuất khẩu, Hàn Quốc 5%, Đài Loan 2% chủ yếu để sản xuất Ethanol[20]

Thị trường tiêu thụ sản phẩm thuận lợi, nông dân yên tâm đầu tư vào sản xuất, các giống sắn mới có năng suất tinh bột cao, mang lại nhiều lợi

nhuận cho nông dân, kỹ thuật canh tác sắn bền vững đảm bảo cho hộ nông dân thu được lợi nhuận cao từ sắn mà vẫn duy trì tốt độ phì của đất điều đó đã

là động lực để cây sắn phát triển Trên 60 nhà máy chế biến tinh bột sắn được xây dưng ở nước ta đã đặt ra yêu cầu bức thiết phải ổn định vùng nguyên liệu, đây là yêu cầu sống còn của những nhà máy Để ổn định nguồn nguyên liệu chỉ có con đường canh tác sắn bền vững, trồng và chế biến sắn tập trung,

đó là những vấn đề không thể tách rời, sản xuất sắn cần được cơ giới hóa đồng bộ từ canh tác tới thu hoạch để nâng cao năng suất lao động cũng như hiệu quả kinh tế trên cơ sở canh tác bền vững

1.2 Tình hình nghiên cứu cơ giới hóa khâu cắt nghiền thân cây sắn

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

- Sau khi thu hoạch thân cây sắn già bên cạnh việc giữ lại làm giống thường được dùng để đốt lấy tro, làm củi đun Các phương pháp này không mang lại hiệu quả cao vì sắn là cây thân gỗ rỗng có sinh khối thấp Trong những năm gần đây một số nước như Malaixia, Trung Quốc, Thái Lan đã nghiên cứu và ứng dụng máy băm thân cây sắn già rồi vùi vào đất để làm phân[21]

- Nhìn chung các máy đều có nguyên lý làm việc như sau: Máy làm nhỏ thân cây sắn được đặt phía sau của máy kéo Các dao cắt được lắp trên đĩa dao gắn với trục của máy, trục máy nhận chuyển động quay từ trục các đăng qua hộp giảm tốc truyền tới Thân cây sắn sau thu hoạch dải trên mặt ruộng được các bộ phận cắt làm nhỏ theo nguyên tắc cắt có tấm kê Với dao cắt là các lưỡi dao lắp trên đĩa và tấm kê là mặt ruộng

- Ưu nhược điểm của máy: Máy cắt làm nhỏ thân cây sắn của các nước

có thể cắt nhỏ và vùi thân cây sắn xuống sâu mặt ruộng Tuy vậy việc cắt nhỏ thân cây sắn không được triệt để do thân cây nằm không đều trên mặt ruộng, những cây nằm song song với cạnh sắc lưỡi dao thí sẽ không được cắt Liên hợp máy chỉ có thể làm việc được sau khi đã hoàn tất việc đào nhổ củ sắn

1.2.2 Tình hình nghiên tại Việt Nam

- Trước đây việc thu gom thân cây sắn già trong quá trình thu hoạch thường được tiến hành bằng phương pháp thủ công, bên cạnh việc để cây sắn lại làm giống hoặc làm củi đun hay đốt lấy tro, nông dân thường dùng dao, búa để làm nhỏ thân cây và trải lên ruộng làm phân Quá trình làm việc rất vất vả và tiêu tốn lượng nhân công lớn kéo theo chi phí sản xuất cao

- Năm 2006 Khoa Cơ điện Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội đã được Nhà nước giao nhiệm vụ thực hiện đề tài có mã số KC.07.07/06-10 dưới

sự chủ trì của Tiến sĩ Hà Đức Thái Một trong những nội dung của đề tài là nghiên cứu, chế tạo, khảo nghiệm và đưa vào sản xuất máy băm thân cây sắn già kết hợp với máy nhổ sắn thành liên hợp máy

Hình 1.3: Máy Băm thân cây sắn già của Việt Nam

- Nhận xét: Bước đầu khảo nghiệm tại mô hình thí nghiệm cho thấy máy cắt băm thân cây do Việt Nam sản xuất có dạng trống được bố trí theo chiều thẳng đứng nên đã khắc phục được một số nhược điểm của máy nước ngoài nhưng còn một số nhược điểm cụ thể là: chiều cao gốc để lại chưa đủ

để máy nhổ làm việc, tỷ lệ cắt nghiền chưa cao, chiều cao trống nghiền thấp hơn chiều cao cây sắn trưởng thành nên máy làm việc chưa triệt để Vì vậy chúng tôi đã tiến hành thực hiện đề tài để nghiên cứu tính toán lại các thông

số trên cơ sở các yêu cầu về cơ khí và nông học sau đó chế tạo và tiến hành khảo nghiệm máy

Chương 2:

HOÀN THIỆN NGUYÊN LÝ VÀ CẤU TRÚC

MÁY CẮT BĂM (NGHIỀN) THÂN CÂY SẮN GIÀ

Mục đích chế tạo máy là để cắt nghiền (băm) thân cây sắn già trải ra đồng ruộng làm phân Đối tượng mà chúng ta cần nghiên cứu ở đây là thân cây sắn già, chúng ta cần tìm hiểu xem thân cây có cơ lý tính ra sao, cấu tạo thế nào, thân cây thường để làm gì trong và sau quá trình thu hoạch Bên cạnh

đó chúng ta cần tìm hiểu một số máy cắt băm thân cây đang được ứng dụng trong sản xuất, tìm hiểu tình hình nghiên cứu ựng dụng máy cắt băm thân cây sắn hiện đang có để từ đó có những phân tích đánh giá và gợi ý cho việc lựa chọn nguyên lý phù hợp chỉ ra những nhược điểm cần khắc phục của máy hiện có từ đó đề xuất phương án hoàn thiện thiết kế máy của đề tài

2.1 Đặc điểm cây sắn già khi thu hoạch

2.1.1 Cấu tạo của thân cây sắn:

Hình 2.1 : Mặt cắt thân cây sắn

2.1.2 Cơ lý tính của thân cây sắn già

- Lớp vỏ ngoài là một lớp biểu bì mỏng, có màu sắc khác nhau

- Tầng nhu mô vỏ gồm những tế bào khá lớn Đó là mô mềm của vỏ thân cây sắn

- Tầng libe gồm các tế bào nhỏ và mỏng

- Tầng sinh gỗ

- Lõi rỗng ở phần giữa thân

Cây sắn có thân gỗ mảnh khảnh, đường kính thân phụ thuộc vào giống, điều kiện đất đai, khí hậu và kỹ thuật trồng trọt, thông thường đường kính từ 25-

32 mm, thân cây sắn có chiều cao từ 2–6m Tuỳ thuộc vào đặc điểm của giống

mà thân có thể phân cành hoặc không phân cành, thân sắn mới mọc có màu xanh, điểm sinh trưởng có màu xanh bang Khi cây sắn còn non, ở phía dưới thân có màu xanh, có thể chuyển dạng màu xanh bạc, xanh xám, vàng nhạt, vàng tro hoặc nâu, các màu sắc này có thể nhận thấy khi cây sắn còn tươi Thân cây sắn mọc đứng từ đất lên, nhưng do điều kiện khí hậu nó có thể mọc nghiêng từ 90° - 60° so với mặt đất (do hướng gió hoặc ánh năng mặt trời) Một số giống sắn có phân nhánh ở chiều cao 1/3 hay 2/3 thân cây, thân và cành phân thành

nhiều lóng, lóng của thân dài 1–4cm, lóng của cành dài từ 1,7-7cm

2.2 Các phương pháp tận dụng cây sắn già trước khi thu hoạch

Cây sắn già trước khi thu hoạch người ta thường dùng để: làm giống, làm củi hoặc làm phân hữu cơ để tăng độ phì nhiêu cho đất canh tác

2.2.1 Phương pháp tận dụng cây sắn làm giống

* Ưu điểm: Sau khi thu hoạch sắn được tận dụng một phần làm giống cho vụ trồng sắn năm sau, tiết kiệm được nguồn vốn đầu tư cho giống sắn Bên cạnh đó ta còn hiểu được năng suất của giống sắn hiện có để so sánh lựa chọn các giống sắn cho phù hợp

* Nhược điểm: Thân cây sắn làm giống chỉ tận dụng được một phần nhỏ thân cây sắn trên ruộng, phần không làm giống bị dư thừa với số lượng lớn sẽ gây lãng phí và cản trở quá trình canh tác vụ tiếp theo

2.2.2 Phương pháp tận dụng cây sắn làm củi đun

* Ưu điểm: Tận dụng được toàn bộ phần thân cây sau thu hoạch Dọn sạch ruộng để tận dụng thời gian làm đất cho vụ sản xuất kế tiếp

* Nhược điểm: Tốn nhiều công sức bỏ ra để thu gom thân cây sắn trên một diện tích rộng đồng thời không tận dụng được nguồn chất hữu cơ cho đất của thân cây khi phân hủy ngay trên ruộng Hiệu quả không cao vì cây sắn có sinh khối thấp

2.2.3 Phương pháp tận dụng cây sắn làm phân hữu cơ khi bị cắt nhỏ và

vùi ngay trên ruộng

Phương pháp này có ưu điểm là tận dụng được nguồn phân hữu cơ của thân cây khi phân hủy trên ruộng, không mất nhiều công sức thu gom thân cây sắn, có thể thực hiện đồng thời với quá trình đào nhổ củ sắn trên cùng một liên hợp máy, khả năng cơ khí hóa cao tiết kiệm được nhiều thời gian và công sức tạo tiền đề thuận lợi cho quá trình sản xuất kế tiếp Tuy nhiên nếu sử dụng phương pháp thủ công để băm chặt thân cây sẽ phải sử dụng một lượng lao động lớn vì vậy để phương pháp này ứng dụng hiệu quả trong sản xuất thì yêu cầu cấp thiết là phải ứng dụng cơ giới hóa

* Ngoài các phương pháp tận dụng trên thân cây sắn còn dùng làm nguyên liệu cho công nghiệp xenlulô, làm nấm Lá sắn non dùng làm rau xanh giàu đạm, lá sắn dùng trực tiếp để nuôi tằm, nuôi cá

2.3 Tìm hiểu một số loại máy cắt nghiền thân cây hiện nay

- Hiện nay sau khi thu hoạch một số loại cây như: thân cây ngô già, thân gốc cây dứa già, ngọn lá mía…người ta thường dùng máy cắt nghiền thân, lá cây trải trên mặt ruộng sau đó dùng cày vùi vào đất để làm phân và

làm xốp đất, các loại máy này có một số nguyên lý cắt, băm, thái nhƣ sau:

Hình 2.2 Máy nghiền TN-1

Hình 2.3 Sơ đồ bộ phận cắt loại đĩa Hình 2.4 Sơ đồ bộ phận thái loại

đĩa - trụ

Hình 2.5 Bộ phận thái kiểu trống

Hình 2.6 Bộ phận thái loại dao quay có dao kiểu búa

- Nhìn chung các máy có nguyên lý cấu tạo gồm 4 bộ phận chính:

+ Bộ phận cung cấp: có nhiệm vụ cung cấp vật liệu nghiền (thân cây ngô, dứa, mía, sắn…) vào cho bộ phận cắt, nghiền

+ Bộ phận kẹp, giữ vật liệu nghiền để cho bộ phận cắt nghiền làm việc + Bộ phận cắt (nghiền) có nghiệm vụ làm nhỏ vật cắt nghiền

+ Bộ phận thu gom hoặc phân tán: có nhiệm vụ gom vào thùng chứa hoặc rải đều trên đồng để làm phân

Để lựa chọn nguyên lý cấu trúc máy cắt nghiền thân cây sắn già ta cần nghiên cứu tham khảo một số máy làm nhiệm vụ cắt nghiền cụ thể đang được ứng dụng trong thực tế

2.3.1 Máy thu hoạch cây ngô già

Hình 2.7 Máy liên hợp tách bắp và tẽ hạt

- Máy có nhiệm vụ tách bắp ngô khỏi thân cây còn thân cây ngô già được cắt gốc, băm nhỏ và dải trên đồng Để làm được nhiệm vụ trên máy gồm

có các bộ phận chính sau:

+ Xích tay vơ: Là dải xích trên đó có gắn các tay vơ Khi làm việc, tay

vơ có nhiệm vụ vơ thân cây ngô vào cho bộ phận cắt Để tay vơ làm việc được, điều kiện cơ bản là vận tốc xích phải lớn hơn vận tốc tiến của máy và xích có góc nghiêng  của mặt phẳng chứa xích với phương nằm ngang Để gạt, vơ cây bị đổ nghiêng tốt, mặt phẳng chứa xích phải nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang một góc 

+ Bộ phận cắt thân cây ngô già: Dao cắt có hình tam giác, băm trấu, nhận truyền động tới bộ phận cắt là cơ cấu biên tay quay

+ Bộ phận xích cung cấp: Cung cấp thân cây ngô cho máy

+ Bộ phận trục cuốn: Có nhiệm vụ kẹp giữ thân cây để bộ phận cắt làm việc

+ Bộ phận cắt gắn trên cánh quạt: Có nhiệm vụ cắt thân cây ngô già thành từng đoạn nhỏ và cánh quạt hất đoạn thân cây trải trên đồng để làm phân

* Nhận xét: Cấu trúc của máy rất cồng kềnh, đặc biệt là bộ phận truyền động để có phương, chiều, tốc độ quay của xích vơ cây, xích cung cấp, dao cắt, trục cuốn, bộ phận quạt thổi phải qua rất nhiều cặp truyền động gây phức tạp trong chế tạo, sử dụng và giá thành máy cao Do vậy đối với máy cắt nghiền thân cây sắn già không nên áp dụng máy băm thân cây ngô già

2.3.2 Máy cắt nghiền thân cây dứa già

* Sơ đồ nguyên lý

1 – Dao búa 3 – Nắp che

2 – Trục quay 4 – Cây dứa già

Hình 2.8 Sơ đồ máy cắt nghiền thân cây dứa già

* Nguyên lý làm việc:

- Máy kéo kéo máy cắt nghiền theo hướng chuyển động Vm và từ trục trích công suất qua bộ truyền truyền tới làm quay trục của máy cắt băm với chiều quay theo chiều mũi tên và vận tốc góc  Dao búa lắp khớp với trục,

cắt gốc cây dứa kéo vào buồng nghiền (buồng nghiền là vùng bao bởi nắp che

và dao búa) Tại buồng nghiền dao búa tiếp tục thực hiện va đập, chà sát làm thân cây dập vụn thổi ra phía sau rắc đều trên mặt ruộng sau đó đƣợc máy cày vùi vào tầng đất canh tác

- Với nguyên lý và cấu trúc trên áp dụng cho cắt nghiền thân cây dứa già là phù hợp Còn áp dụng cho cắt nghiền thân cây sắn già lại không phù hợp vì: Theo yêu cầu nông học cần phải cắt gốc sắn để lại chiều cao gốc đủ cho máy nhổ củ làm việc, gốc không nghiêng và dập để bộ phận kẹp nhổ củ làm việc

2.3.3 Máy nghiền rau cỏ

* Sơ đồ cấu tạo:

Hình 2.9 Sơ đồ máy nghiền rau cỏ

1 – Băng truyền cung cấp 5 – Dao thái

2 – Rau, cỏ, rơm 6 – Buồng nghiền

3 – Họng thái 7 – Búa nghiền

4 – Tấm kê thái 8 – Cửa thoát sản phẩm nghiền

- Với nguyên lý cấu trúc trên để nghiền rau, cỏ, rơm thì phù hợp, nếu

để nghiền thân cây sắn già cũng có thể sử dụng song kích thước phải phù hợp

và phải cắt thân cây sắn, vận chuyển tập trung vào một chỗ rồi phải có người cung cấp vào băng truyền cung cấp Nếu làm như vấy hệ thống máy quá phức tạp và chi phí cao không hiệu quả kinh tế nên khó áp dụng

2.4 Yêu cầu kỹ thuật cắt nghiền thân cây sắn già

Từ yêu cầu của các chuyên gia nông học, thông qua kết quả khảo nghiệm vận hành thử máy ở quy mô thí nghiệm kết hợp với xuất phát từ yêu cầu thực tế trong sản xuất, thông qua quá trình tìm hiểu kinh nghiệm tại nhiều địa phương trồng sắn trọng điểm trong nước chúng tôi đưa ra yêu cầu kỹ thuật để liên hợp máy cắt nghiền và đào nhổ củ có thể làm việc được đồng thời như sau:

- Cắt để lại gốc sắn có độ cao từ 25÷35cm cho bộ phận kẹp của máy đào nhổ củ đi sau làm việc

- Đoạn thân cây và lá cây được nghiền, cắt nhỏ thành đoạn có kích thước nhỏ hơn 10cm chiếm trên 80% để sau đó máy cày làm việc sẽ cày vùi vào trong đất không làm ùn trước thân cày

- Cấu trúc máy đơn giản, vững chắc dế dàng chế tạo và sử dụng

- Dễ dàng lắp giáp liên kết với máy kéo khi làm việc và tháo rời khi không làm việc

2.5 Tìm hiểu, đề xuất nguyên lý cấu trúc máy nghiền thân cây sắn già

Từ yêu cầu của máy là cắt và (băm) nghiền nhỏ thân cây sắn già ngay tại ruộng, để lại gốc cho bộ phận kẹp nhổ và phải liên hợp được với máy đào nhổ củ trên cùng 1 máy kéo

- Tham khảo những nguyên tắc trên chúng tôi thấy: Máy cần có cấu trúc đơn giản nhưng vẫn phải đáp ứng yêu cầu nông học Về mặt ý tưởng thiết

kế, cấu trúc máy phải thực hiện việc vơ, cắt, kẹp giữ, nghiền trên cùng một trục và lợi dụng việc giữ cây sắn tại gốc với tư thế đứng tự nhiên Qua tìm hiểu, khảo nghiệm mẫu máy của đề tài ở quy mô mô hình thí nghiệm, chúng tôi đã phân tích và đưa ra nhận xét như sau:

- Nhóm tác giả đã đưa ra 2 phương án để thiết kế chế tạo máy

2.5.1 Phương án 1

Hình 2.10 Sơ đồ máy nghiền thân cây sắn già

* Sơ đồ cấu tạo:

1 Trống nghiền Tay vơ và dao cắt

2 Cây sắn

* Nguyên tắc làm việc: Tay vơ vơ cây sắn vào khe hở giữa hai trống nghiền Trống nghiền là nhiều vành có răng và ép thân sắn vỡ vụn kéo vào trong, khi đó gặp dao cắt 2 cắt thành đoạn nhỏ và theo chiều quay sản phẩm nghiền văng ra rải trên đồng

* Nhận xét: Với nguyên tắc trên lợi dụng được thế đứng tự nhiên của cây sắn, việc vơ, cắt, giữ, nghiền được thực hiện nhờ hai trục quay song song Với phương án này so với những cấu trúc của một số máy cắt nghiền chúng tôi đã giới thiệu ở trên thì đã đơn giản hơn và phù hợp điều kiện nghiền thân cây sắn già Tuy vậy ta thấy vẫn còn nhược điểm phải có 2 trống nghiền và truyền động phải tới 2 trục do vậy kết cấu vẫn còn phức tạp

2.5.2 Phương án 2

Hình 2.11 Sơ đồ máy nghiền thân cây sắn già

* Sơ đồ cấu tạo:

1– Trống nghiền 4 – Máng gom

2 – Tay vơ 5 – Dao cắt

3 – Cây sắn

Thực chất là đơn giản hóa của phương án 1 thay đổi trống nghiền 2 thành tay gom 4 Như vậy, cấu trúc của máy đã đơn giản đi nhiều: chỉ cần chế tạo một trống nghiền, chất lượng cắt nghiền vẫn đáp ứng được các yêu cầu nông học

2.5.3 Tìm hiểu một số bộ phận, chi tiết máy đã được nhóm đề tài thiết kế

* Cụm khung

1.Cung Ngoài 2.Cung Trong 3.Giá Đỡ vòng bi

+ Cung ngoài

+ Cung trong

+ Giá đỡ vòng bi

* Cụm máng

* Lƣỡi dao cắt

* Phối cảnh cấu trúc máy

* Qua thí nghiệm và khảo nghiệm kết hợp phân tích đầy đủ các yếu tố

kỹ thuật, chế tạo sử dụng, hiệu quả kinh tế, chúng tôi thấy mẫu máy số 1 không đạt yêu cầu đã nêu ở trên, mẫu máy số 2 đã đạt được một số yêu cầu đề

ra, tuy nhiên máy vẫn còn nhiều nhược điểm cần giải quyết như:

- Nguồn động lực của máy cắt nghiền lấy từ máy kéo thông qua trục các đăng do đó cấu tạo khá phức tạp và không ổn định trong quá trình hoạt động

- Chiều cao làm việc của trống thấp hơn chiều cao cây sắn trưởng thành

từ 0,5 - 1,0m do đó máy không cắt nghiền hết được thân cây trong quá trình làm việc

- Việc bố trí đan xen giữa một đĩa nghiền với 1 đĩa dao cắt gắn trên trống sẽ làm chất lượng cắt không cao Nguyên nhân do các đĩa dao cắt thân cây làm nhiều nhiều đoạn do đó chúng chưa kịp nghiền đã bị rơi xuống đất

- Đối với những ruộng sắn có luống vun cao thấp khác nhau sẽ khó làm việc ổn định khi máy lắp cứng với máy kéo

- Gốc sắn để lại chiều cao từ 20-30cm như vậy không đảm bảo cho máy nhổ củ làm việc, tỷ lệ gốc sắn bị sót cao

- Sản phẩm cắt nghiền có kích thước lớn nên dễ bị ùn tắc trong quá trình máy xới phay làm việc và thời gian phân hủy lâu

2.5.4 Hoàn thiện nguyên lý cấu trúc máy cắt (băm) nghiền

Qua phân tích những nhược điểm của máy chúng tôi đề xuất các phương án để nghiên cứu tính toán hoàn thiện thiết kế máy, cụ thể như sau:

- Nguồn động lực: Qua tìm hiểu chúng tôi thấy động cơ thủy lực có khá sẵn trên thị trường, giá thành máy không cao, nếu dùng động cơ này làm nguồn động lực thì cấu tạo máy sẽ đơn giản hơn rất nhiều Vì vậy chúng tôi chọn động cơ thủy lực làm nguồn động lực cho máy

- Chiều cao làm việc của trống: Nâng chiều cao làm việc của trống bằng chiều cao thân cây sắn đồng thời tăng thêm các đĩa nghiền theo chiều cao trống, thay các đĩa dao cắt thành các tay vơ

- Chất lượng cắt nghiền: Qua thí ngiệm tỷ lệ cắt nghiền chỉ đạt khoảng

70%, nguyên nhân do các đĩa dao cắt thân cây làm nhiều nhiều đoạn do đó chúng chưa kịp nghiền đã bị rơi xuống đất, số răng của đĩa chưa hợp lý và số vòng quay trống n = 200 vòng/phút nên số lần va đập giữa đĩa nghiền với thân cây không đủ làm chúng vỡ nhỏ Chúng tôi đề xuất tính thời gian cây sắn nằm trong vùng nghiền từ, căn cứ vào số vòng quay của trống sau đó tính số răng trên đĩa (số lần đĩa cắt xé thân cây), chiều cao răng băng 1/3 đường kính thân cây Thay các đĩa trên trống thành các tay vơ, tay vơ có tác dụng vơ thân cây vào máng để cắt nghiền đĩa dao cắt gốc giữ nguyên, bố trí 6 dao lắp trên máng

kê (tương đương số đĩa dao lắp trên trống) cây sắn khi đi vào khoảng cắt nghiền giữa máng và tấm kê mới bị cắt do đó chúng sẽ không bị rơi ra ngoài đảm bảo cây sắn được nghiền nhỏ Trống nghiền gồm nhiều vành có khối lượng tập trung ở vành ngoài để giảm khối lượng trống xong mô men quán tính vẫn đủ lớn để vượt tải đột ngột Để cây sắn dồn vào khe nghiền máng gom cần làm vật liệu trơn, nhẵn, góc nghiêng của phương máng so với phương chuyển động phải nhỏ hơn góc ma sát giữa cây sắn và máng gom

- Đối với những ruộng sắn có luống cao thấp khác nhau: Chúng tôi đề xuất máy có thể lắp trượt trên khung để thay đổi chiều cao cho phù hợp với địa hình cao thấp khác nhau

- Chiều cao gốc sắn để lại: Bằng lý thuyết và thực nghiệm, tính lại chiều cao chừa lại của gốc

2.6 Đánh giá chung

- Qua tìm hiểu cơ lý tính thân cây sắn già, cấu tạo nguyên lý hoạt động một sô máy cắt băm hiện nay và yêu cầu kỹ thuật đối với quá trình băm thân cây sắn già chúng tôi đã chọn được phương án 2 là phương án phù hợp nhất

để hoàn thiện tính toán thiết kế máy cắt băm thân cây sắn già

- Từ mẫu máy chế tạo bằng phương án đã lựa chọn, thông qua khảo nghiệm chúng tôi đã chỉ ra được những tồn tại của máy, từ đó chúng tôi đã đề xuất các phương án hoàn thiện làm cơ sở để tính toán thiết kế lại các bộ phận, chi tiết còn chưa đạt yêu cầu cho máy

- Tính được kích thước, chọn được vật liệu các chi tiết còn nhược điểm

đã nêu ở trên để khi máy làm việc có đủ độ cứng vững, độ bền lâu

- Kết cấu chi tiết, cụm máy hợp lý, kích thước gọn nhẹ Sử dụng thuận tiện

- Tiết kiệm vật liệu gia công các chi tiết máy

3.2 Nội dung và kết quả hoàn thiện tính toán một số chi tiết cụm máy

chính của máy cắt nghiền thân cây sắn

Trước khi tiến hành tính toán thiết kế chúng tôi tiến hành tìm hiểu một

số lý thuyết làm cơ sở khoa học cho việc hoàn thiện máy

3.2.1 Một số cơ sở lý thuyết cắt thái cơ bản liên quan đến tính toán thiết

kế

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

Các bộ phận làm việc của những máy cắt thái rau cỏ thường dựa theo nguyên lý cắt thái bằng cạnh sắc của lưỡi dao Quá trình cắt thái thường được thực hiện bằng cách di chuyển cạnh góc nhị diện AB (cạnh sắc) hợp bởi hai mặt phẳng của lưỡi dao theo hướng p pháp tuyến với cạnh đó (hình 3.1a) hoặc theo hai hướng vuông góc với nhau: vừa theo hướng p (hướng cắt pháp tuyến), vừa theo hướng q vuông góc với p (hướng cắt tiếp tuyến), nghĩa là theo hướng chéo tổng hợp r (hình 3.1b)

Hình 3.1 Sơ đồ lực cắt thái của lưỡi dao

Những thí nghiệm của Viện sĩ Gơriatskin V.P đã chứng minh rằng nếu cắt thái theo hướng nghiêng sẽ giảm được lực cắt thái và tăng chất lượng thái

so với cắt thái theo hướng pháp tuyến

Ta có thể giải thích điều này bằng một số cơ sở vật lý của quá trình cắt thái bằng lưỡi dao như sau:

- Quá trình cắt thái có trượt là quá trình lưỡi dao cưa đứt vật thái vì lưỡi dao dù mài sắc đến đâu nhưng khi soi qua kính hiển vi vẫn có độ nhấp nhô như những răng cưa

- Nếu lưỡi dao chỉ cắt theo hướng pháp tuyến (chặt bổ), lực cắt thái phải hoàn toàn khắc phục ứng suất nén để cắt đứt vật thể Còn khi cắt thái có trượt thì một phần lực cắt thái sẽ chỉ khắc phục ứng suất kéo, mà các vật liệu, nhất là các loại có sợi, đàn hồi như rau củ thì ứng suất kéo luôn luôn nhỏ hơn ứng suất nén, nhờ đó, tổng hợp lực cắt thái sẽ nhỏ Ví dụ, đối với củ quả ứng suất nén n = 86104N/cm2, ứng suất kéo k = 45  85 N/cm2

- Khi cắt thái có trượt bề rộng lát thái giảm, do đó quá trình cắt thái dễ dàng hơn Lát thái do đoạn 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 đoạn thái S thái không trượt (theo phương N) cùng với diện tích F đó Trên hình hình 3 ta có:

bp = = bncos (3.1)

Hình 3.2 Sơ đồ lực cắt trượt giảm chiều rộng lát thái

3.2.1.2 Điều kiện trượt của lưỡi dao trên vật liệu

Khi đường trượt của lưỡi dao trên vật thái hay của vật thái trên lưỡi dao càng dài thì lực cản cắt càng giảm Để thể hiện hiện tượng trượt nói chung của lưỡi dao trên lớp vật thái, ta hãy vẽ và phân tích vận tốc v của một điểm M ở trên cạnh sắc lưỡi dao cong AB khi tác động vào lớp vật thái (hình 3.3)

Vận tốc v có thể phân tích làm 2 thành phần: thành phần vận tốc pháp tuyến vn (vuông góc với lưỡi dao) và thành phần vận tốc tiếp tuyến vt (theo cạnh sắc lưỡi dao) Vận tốc pháp tuyến vn chính là vận tốc của dao thái ngập sâu vào vật thái gây nên tác động cắt thái Vận tốc tiếp tuyến vt gây nên chuyển động trượt tương đối của lưỡi dao trên vật thái

Theo định nghĩa của Gơriatskin, góc hợp bởi vận tốc v với thành phần pháp tuyến vn gọi là góc trượt , tỷ số giữa trị số vận tốc tiếp tuyến v t và vận tốc pháp tuyến vn gọi là hệ số trượt :

p

n n

AA b AA

F 

có nghĩa là hiện tượng cắt của dao đối với vật thái sẽ có một điều kiện chung

để phát huy thật sự mạnh mẽ tác dụng cắt trượt, để giảm lực cắt thái được nhiều hơn

Phát triển các lý luận nghiên cứu về cắt thái của Gơriatskin V.P, viện sĩ Giưligốpski V.A đã phân tích bản chất vật lý và đi đến xác định điều kiện trượt của lưỡi dao trên vật thái như sau:

Xét các lực tác động giữa lưỡi dao với vật thái (hình 3.4)

Hình 3.3 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 rau với góc   ’;

c - Các lực do dao tác động vào rau với góc  > ’

Sau khi phân tích Gialigốpski đã đề xuất ra ba trường hợp của quá trình cắt thái bằng lưỡi dao như sau:

- Trường hợp góc trượt  = 0, quá trình cắt thái chặt bổ, chỉ có lực pháp tuyến và không có lực tiếp tuyến

- Trường hợp góc trượt  < ’ quá trình cắt thái vẫn chưa có trượt, tuy nhiên có cả lực tiếp tuyến và lực pháp tuyến (nhưng lực tiếp tuyến này chưa gây được hiện tượng trượt vì ma sát)

- Trường hợp góc trượt  > ’ quá trình cắt thái có trượt tương đối giữa

dao và vật thái, do tác dụng của lực tiếp tuyến đủ lớn thắng được hiện tượng

ma sát

3.1.1.3 Quan hệ giữa dao thái tấm kê thái

- Góc kẹp  và điều kiện kẹp vật thái giữa cạnh sắc lưỡi dao và cạnh sắc tấm kê

Đây là một yếu tố ảnh hưởng trong trường hợp cắt thái kiểu “kéo cắt”,

có một cạnh sắc lưỡi dao nữa (ở đây là cạnh sắc tấm kê) cùng phối hợp kẹp và cắt vật thái Góc BAC hợp bởi cạnh sắc lưỡi dao AC và cạnh sắc tấm kê AB nói chung là góc mở 

Khi góc mở lớn hai cạnh sắc không kẹp giữ yên được vật thái mà có tác động đẩy nó ra, khó cắt thái được Với một trị số góc mở nhỏ hơn đủ để hai cạnh sắc kẹp giữ yên được vật thái để cắt được nó thì góc mở đó được gọi là góc kẹp  Giá trị góc kẹp  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 vật thái

Ta có thể xác định được điều kiện kẹp như sau: Xét vị trí cạnh sắc AC của lưỡi dao và cạnh sắc AB của tấm kê đang kẹp vật thái với giả thiết vật thái là hình tròn tâm O (hình 3.5)

Hình 3.4 Góc kẹp và điều kiện kẹp

Điều kiện kẹp vật thái giữa cạnh sắc lưỡi dao và cạnh sắc tấm kê là góc kẹp

 < 1’ + 2’ Đối với kiểu dao đĩa  = 40450, dao trống  = 20300

Nếu một trong hai góc cắt trượt 1’ và 2’ có trị số nhỏ nhất, gọi là

’min thì theo Viện sĩ Xablikôv, điều kiện kẹp hoàn toàn là <2’min., nếu

1’=2’=’ thì điều kiện kẹp là <2’, nếu 1’< < 2’, nghĩa là 21’<<22’ thì xảy ra hiện tượng vật thái bị xoay tròn tại chỗ và cắt thái cũng khó

Ta cũng cần chú ý rằng trong trường hợp  > 1’ + 2’ thì vật thái bị đẩy ra ngoài cho tới khi góc kẹp  giảm xuống tới trị số  = 1’+2’ lại bảo đảm điều kiện kẹp

3.2.1.4 Năng lượng cắt thái và công cắt thái riêng

Năng lượng cắt thái và đặc biệt công cắt thái riêng Ar là thông số quan trọng nhất của quá trình cắt thái

a) Năng lượng cắt thái

Để xác định năng lượng cắt thái trước hết ta cần giả thiết rằng nhờ có các trục cuốn ép vật thái trước (ở các máy thái rau cỏ rơm đều có các cặp trục cuốn) nên có thể bỏ qua phần năng lượng nén ép do lưỡi dao tác động vào vật thái trước khi cắt đứt Ngoài ra, ta cũng chỉ xét và tính toán trường hợp cắt thái có trượt ( > ’)

Để tính toán trong điều kiện đơn giản nhất, ta xét dao AB cách tâm 0 một đoạn p (hình 3.7) Mô men cắt thái được tính theo công thức:

Hình 3.5 Sơ đồ tính năng lượng cắt thái

Ta lại có: = tg’ = f’ là hệ số cắt trượt Do đó, đặt Nrcos làm thừa

số chung, đồng thời thay thế trị số F’ = N tg’ = Nf’ và sin/cos = tg, phương trình (3.3) sẽ thành:

Mct = Nrcos (1 + f’tg) (3.4)

Ngoài ra, ở trên ta đã biết: N = qS

Thay vào phương trình (3.4) ta sẽ được công thức chung tính mô men cản cắt thái:

Mct = q Srcos (1 + f’tg) (3.5)

Công suất cắt thái có thể tính bằng tích Mct, trong đó  là vận tốc góc, tức là  = ( - góc quay của dao; t - thời gian quay) Vậy công suất cắt thái bằng:

Mct. = qS rcos (1 + f’tg) = qSr cos (1 + f’tg) (3.6)

Theo hình 3.8 ta thấy hình tứ giác ABCD có thể coi là một hình bình hành và diện tích của nó được tính như sau: dF = Srdcos

dF - độ tăng vi phân của diện tích được thái Do đó, thay thế trị số này vào phương trình (3.6) ta có:

N F'

dt

d

dt

d