Nghiên cứu một số thông số động lực học của máy đốn gốc mía

mở đầu Nớc ta xuất phát điểm nớc có kinh tế chậm phát triển, trình độ sản xuất nói chung trình độ sản xuất nông nghiệp nối riêng lạc hậu, thấp Trong năm qua, đặc biệt sau 15 năm thực công đổi Đảng Nhà nớc phát động đạo, kinh tế đà có khởi sắc, sản xuất nông nghiệp đà đạt đợc nhiều thành tựu to lớn, nhiên nông nghiệp truyền thống, chứa đựng khuyết tật sản xuất nhỏ, lạc hậu, hiệu kinh tế thấp Tại Đại hội Đại biểu toàn quốc lần thứ IX Đảng, báo cáo trị, nói định hớng phát triển nông nghiệp nông thôn giai đoạn 2001 - 2010, Đảng ta đà rõ: " Tăng cờng đạo huy động nguồn lực cần thiết để đẩy nhanh Công nghiệp hoá - Hiện đại hoá nông nghiệp nông thôn Tiếp tục phát triển đa nông nghiệp lên trình độ việc ứng dụng tiến khoa học công nghệ, công nghệ sinh học, đổi cấu trồng, đẩy mạnh thuỷ lợi hoá, giới hoá, điện khí hoá trọng công nghiệp chế biến, khí phục vụ nông nghiệp" [7] Cùng với công nghệ sinh học, thuỷ lợi, chuyển dịch cấu trồng, giới hoá sản suất nông nghiệp vấn đề quan trọng, điều kiện để đánh giá trình độ phát triển nông nghiệp đất nớc, nội dung quan trọng công công nghiệp hoá - đại hoá nông thôn giai đoạn Với điều kiện khí hậu nhiệt ®íi nãng Èm, m−a nhiỊu, nỊn n«ng nghiƯp n−íc ta mang nét đặc trng nông nghiệp nhiệt đới, phù hợp với sinh trởng phát triển nhiều loại trồng khác nhau, đặc biệt loại công nghiệp có giá trị kinh tế cao nh cao su, cà phê, hồ tiêu, mía Trong phải kể đến mía - loại công nghiệp ngắn ngày, có khả thích nghi tốt với điều kiện khí hậu đất trồng nớc ta, cho suất, hiệu kinh tế cao, giá trị xuất lớn đà chiếm vị trí kinh tế quan trọng cấu trồng Bên cạnh chơng trình lúa gạo, Chính phủ ta đà có chơng trình phát triển mía đờng đến năm 2000, nớc ta đạt triệu đờng, tiếp tục ổn định phát triển năm Chơng trình phát triển mía ®−êng cã mét ý nghÜa rÊt to lín Nã kh«ng nhằm mục tiêu kinh tế đủ đáp ứng nhu cầu tiêu dùng nớc, tham gia xuất khẩu, khai thác tiềm đất đai vùng trung du, miền núi mà có ý nghĩa to lớn việc chuyển dịch cấu trồng, cấu lao động khu vực nông nghiệp nông thôn, góp phần xây dựng nông thôn theo định hớng công nghiệp hoá - đại hoá nông nghiệp nông thôn, giải tính căng thẳng thời vụ, tạo thêm việc làm, nâng cao đời sống sinh hoạt nông thôn Thực tế, thời gian qua, nhiều địa phơng, mía đợc coi xoá đói giảm nghèo Mía loại công nghiệp, dễ trồng, phù hợp với nhiều loại đất canh tác Việc hình thành vïng chuyªn canh mÝa víi diƯn tÝch lín cịng nh− tính chất thời vụ đặc biệt mía đà làm phát sinh nhu cầu giới hoá khâu canh tác nhăm tăng suất lao động, suất, chất lợng mía, giảm tính căng thẳng thời vụ Trớc yêu cầu thực tế sản xuất, ngành khí nông nghiệp nớc ta đà tham gia nghiên cứu, áp dụng khí hoá nhiều khâu quy trình canh tác mía nh làm đất, trồng, đốn gốc, chăm sóc, thu hoạch mía Tuy nhiên, nhiều nguyên nhân khác nhau, hiệu nghiên cứu áp dụng giới hoá vào khâu canh tác mía có hạn chế định, có khâu đốn gốc mía Đốn gốc mía khâu quan trọng mía lu gốc, có ảnh hởng lớn đến suất chất lợng mía vụ Việc đốn gốc mía tốn nhiều công sức, đòi hỏi yêu cầu khắt khe vỊ kü tht vµ thêi vơ HiƯn nay, ë n−íc ta, viƯc ®èn gèc mÝa chđ u vÉn mang tính thủ công, tốn nhiều lao động, chất lợng đốn kém, khó đảm bảo thời vụ Nhằm giải vấn đề trên, khoa Cơ điện trờng Đại học Nông nghiệp I - Hà Nội đà tiến hành nghiên cứu, chế tạo mẫu máy đốn gốc mía ĐMG-1 phù hợp với điều kiện thực tế Việt Nam Tuy nhiên, kết nghiên cứu đề xuất nguyên lý kết cấu máy.Việc nghiên cứu thông số động lực học có nhiều hạn chế Để góp phần hoàn thiện mẫu máy, đợc đồng ý khoa Cơ điện, khoa Sau đại học trờng Đại học Nông nghiệp I - Hà Nội, giúp đỡ, hớng dẫn PGS TS Phạm Văn Tờ, thực nghiên cứu đề tài: "Nghiên cứu số thông số động lực học máy đốn gốc mía " Đề tài bao gåm c¸c néi dung sau: Tỉng quan vỊ vấn đề nghiên cứu Mục tiêu phơng pháp nghiên cứu Xác định số thông số động lực học phận cắt máy đốn gốc mía Kết luận đề nghị chơng Tổng quan vấn đề nghiên cứu 1.1 Tình hình phát triển mía đờng giới Việt Nam 1.1.1 Tình hình phát triển mía đờng giới Mía công nghiệp ngắn ngày, dễ trồng, phù hợp với nhiều loại đất, nhiều loại địa hình khí hậu khác Tên khoa học mía Sacharum officinarumL [24] Một số tài liệu đà ghi nhận, mía đợc hoá từ 8000 năm trớc Công nguyên có nguồn gốc từ Niu Ghinê Hiện nay, giới, mía có mặt khoảng 70 qc gia Trong ®ã chđ u tËp trung ë khoảng 300 vĩ Bắc đến 300 vĩ Nam Tổng diện tích đất dùng để canh tác mía vào khoảng 20 triệu héc ta [6], [24] Đà từ lâu, mía chiếm vị trí kinh tế quan trọng trở thành nguồn nguyên liệu chủ yếu cho ngành công nghiệp sản xuất đờng Những sản phẩm từ mía không đợc dùng nhiều công nghiệp chế biến thực phẩm mà đợc sử dụng số ngành công nghiệp quan trọng khác nh công nghiệp lợng, công nghiệp sản xuất giấy, công nghiệp hoá chất, sản xuất phân bón Sản lợng đờng sản xuất từ mía chiếm tỷ lệ cao tổng sản lợng đờng đợc sản xuất giới Đờng số sản phẩm khai thác từ mía đà trở thành nguồn thực phẩm thiếu đợc đời sống sinh hoạt ngời Xà hội phát triển nhu cầu ngời đờng sản phẩm từ mía ngày lớn, đa dạng phong phú Do đặc thù hiệu kinh tế mía, nên diện tích trồng mía sản lợng nh nhu cầu tiêu thụ đờng sản xuất từ mía giới có tăng trởng mạnh Toàn giới, niên vụ 1990 - 1991 sản suất đợc 72,41 triệu đờng mía; niên vụ 1992 - 1993 sản xuất đợc 73,01 triệu tấn; niên vụ 1994 - 1995 sản xuất đợc 80,80 triệu tấn; đến niên vụ 1999 - 2000 sản suất đợc 132,264 triệu đờng mía [1], [2], [6], [24] Diện tích trồng mía sản lợng đờng đợc sản xuất tập trung chủ yếu nớc châu Mỹ, tiếp sau nớc thuộc châu á, châu úc, châu Âu Những nớc có diện tích trồng sản lợng mía cao giới nh Brazin, Ân Độ, Trung Quốc, Cu Ba, Thái Lan, Pakistan So với số loại trồng khác, mía loại cho suất cao, hiệu kinh tế lớn Mặt khác, việc đầu t chăm sóc không phức tạp đặc biệt có khả giới hoá khâu canh tác Mía đợc mệnh danh loại trồng cao sản Theo số liệu đà ghi nhận đợc số quốc gia trồng mía, suất mía đạt tới 457 tấn/ha với mía 24 tháng tuổi nh Đài Loan, khoảng 441 tấn/ha với mía 18 tháng tuổi ấn Độ 407 tấn/ha mía 12 tháng tuổi [2] 1.1.2 Tình hình trồng mía sản suất đờng mía Việt Nam Nớc ta nằm vïng khÝ hËu nhiƯt ®íi, giã mïa, nãng Èm, ma nhiều, địa hình đa dạng: đồng bằng, trung du, miỊn nói rÊt phï hỵp víi sù sinh tr−ëng cđa mía nôi mía Cây mía đợc du nhập vào nớc ta sớm ngày đợc phát triển mạnh mẽ toàn quốc (có tài liệu đà ghi mía đợc du nhập vào nớc ta từ khoảng năm 206 trớc Công nguyên) Tiềm đất đai trồng mía nớc ta lớn, vào khoảng 50 vạn héc ta [24] Cùng với việc khai thác phát triển nghề trồng mía, nghề sản xuất đờng nớc ta đà đời phát triển sớm Từ thời nhà Nguyễn, nớc ta đà có nghề sản xuất đờng có đờng xuất nớc Đến thời Pháp thuộc, ngành công nghiệp sản suất đờng đời với hai nhà máy đờng nhà máy đờng Tuy Hoà (trung Bộ), nhà máy đờng Hiệp Hoà (nam Bé) [3], [9], [24] Sau ®Êt n−íc hoàn toàn giải phóng, nông nghiệp nớc ta đợc củng cố, phát triển đạt đợc thành tựu quan trọng Bên cạnh việc đầu t, mở rộng phát triển loại trồng truyền thống nh lúa, ngô mía đà đợc hồi phục, đầu t phát triển nhanh chóng diện rộng phạm vi nớc Nhất năm gần đây, Đảng Nhà nớc ta đà có nhiều chủ trơng, sách u tiên đầu t cho phát triển nông nghiệp, thực chủ trơng chuyển dịch cấu kinh tế, cấu trồng, coi trọng đẩy mạnh phát triển loại công nghiệp, đặc biệt loại công nghiệp ngắn ngày Cây mía đà đợc coi trọng phát triển trở thành loại công nghiệp có vị trí kinh tế quan trọng bên cạnh loại công nghiệp truyền thống nh cà phê, cao su, hồ tiêu Nhờ có chủ trơng, sách đầu t hợp lý mà diện tích trồng mía sản lợng mía đờng nớc ta đà có bớc tăng trởng mạnh mẽ Chúng ta đà thực thắng lợi chơng trình triệu đờng phủ đề vào năm 2000 Ngành công nghiệp mía đờng sản xuất đợc đủ nhu cầu nớc mà tham gia xuất nớc giới Do đặc tính u việt hiệu kinh tế cao, mía đà trở thành làm giàu cho nhiều hộ gia đình, cho nhiều khu vực rộng lớn Đối với số vùng nông thôn, trung du, miỊn nói nh− Thanh Ho¸, NghƯ An, Phó Yên, Bình Định, Quảng NgÃi, mía đà thực trở thành xoá đói giảm nghèo, góp phần nâng cao thu nhập giải việc làm cho nhiều hộ gia đình nông dân [24] Việc hình thành vùng nguyên liệu mía gắn liền với nhà máy sản xuất chế biến đờng đà góp phần không nhỏ làm thay đổi cấu kinh tế nông nghiệp nông thôn, góp phần thực thành công nghiệp công nghiệp hoá - đại hoá nông nghiệp nông thôn theo đờng lối mà Đại hội Đảng toàn quốc lần thứ IX đà đề Hiện nay, nớc ta có khoảng 40 nhà máy đờng hoạt động Tổng diện tích đất trồng mía khoảng 300.000 Tổng sản lợng mía từ 10 triệu ®Õn 12 triƯu tÊn Mơc tiªu cđa n−íc ta thời gian tới giữ ổn định tiếp tục khai thác diện tích đất trồng mía, tăng cờng đầu t, áp dụng tiến khoa học kỹ thuật, thành tựu công nghệ sinh học để thâm canh, đảm bảo suất mía bình quân từ 50 - 60 tấn/ha Đảm bảo cung cấp đủ nguyên liệu cho nhà máy đờng hoạt động thời gian từ 100 - 120 ngày với tổng sản lợng đờng đợc sản xuất triệu tấn/năm [1], [2] Bảng - 1: Tình hình sản xuất mía - đờng nớc qua số vụ gần [2], [3], [12] Diện tích Sản lợng mía Sản lợng đờng (ha) (triÖu tÊn) (tÊn) 1998 - 1999 283.000 13,80 752.500 1999 - 2000 350.000 17,39 1.000.000 2000 - 2001 303.000 15,10 950.000 2001 - 2002 309.900 15,20 1.072.649 Niªn vơ 1.2 Một số đặc điểm phân bố, kích thớc lý tính gốc mía 1.2.1 Đặc điểm chung gốc mía Nếu vụ trớc đợc chăm sóc tốt, sau thu hoạch, phần gốc lại sẵn có rễ nhiều, phân bố rộng sâu, khoảng 50 - 60cm Bộ rễ phần lớn có khả hút nớc khoáng chất Ngoài rễ già, đoạn gốc nằm dới mặt đất có nhiều đai rễ, có số điểm rễ trạng thái ngủ, vụ trớc cha mọc hết, tạo thành lực lợng hậu bị quan trọng, tiếp tục mọc để hút khoáng chất nuôi dỡng mầm Từ điểm rễ chân mầm ngầm (mầm gốc phát động sinh trởng trớc thu hoạch mẹ) đà có nhiều rễ vĩnh cửu khoẻ, to, nhiều ăn sâu Mía gốc thờng có mầm nhiều khoẻ, tuỳ theo cách trồng nông hay sâu, công cụ thu hoạch cách xử lý gốc, thông thờng khóm có từ 15 20 mầm Trong đó, mầm tốt chiếm từ 60-80% Càng gần mặt đất, mật độ mầm thấp lóng mía tơng đối dài, xuống sâu, mầm to, khoẻ mật độ cao Các mầm dới phần lớn đà phát động sinh trởng to nhiều so với mầm mía tơ, hình thành từ mẹ cha thu hoạch, đợc mẹ trực tiếp nuôi dỡng Các mầm dới to khoẻ, song lại bị vùi sâu dới đất, thiếu dỡng khí, làm cản trở sinh trởng phát triển mầm Vì vậy, sau thu hoạch mẹ, xử lý gốc kịp thời, tạo điều kiện thông thoáng cho rễ mầm ngầm mầm phát triển nhanh Ngợc lại, xử lý gốc không kịp thời, đất không thông thoáng mầm bị hỏng, làm cho mía cây, phân bố không đều, giảm suất [4], [9], [24], [25] Một số đặc điểm cần lu ý mía lu gốc là: Các tàn d mầm mống sâu bệnh thờng lu lại mía khô phần gốc sau thu hoạch Vì vậy, cần phải ý xử lý thoả đáng để khắc phục Hiện tợng tråi gèc: Sau mét vơ t¸i sinh, bé gèc mÝa bị cao lên so với vị trí đặt hom ban đầu Mức độ trồi gốc phụ thuộc vào cách xử lý số năm lu gốc Gốc trồi cao số đai rễ nằm lại dới mặt đất ít, làm rễ phát triển, mía dễ bị đổ, ngả Để nâng cao suất kéo dài thời gian lu gốc, cần có quy trình xử lý mía gốc hợp lý Một nội dung quy trình phải đốn lại gốc chăm sóc sớm Việc đốn gốc tiến hành đồng thời với lúc thu hoạch sau thu hoạch thời gian ngắn (dới 10 ngày) Yêu cầu bạt gốc cắt bỏ đoạn phía trên, để lại đoạn gốc dới dài khoảng 6-10 cm bao gồm từ 3-5 đai rễ, tơng ứng với khoảng 3-5 mầm tuỳ thuộc vào lóng dài hay ngắn [9], [21] Sau thu hoạch đốn gốc xong, cần tiến hành cày hai hàng mía, cày sâu sát gốc tốt Ngoài mục đích làm đất tơi xốp, thoáng khí, việc cày bừa tạo môi trờng tốt cho rễ phát sinh, cắt đứt rễ già để rễ phân chia nhiều nhánh (xuân hoá rễ) 1.2.2 Đặc điểm khoảng cách hàng mật độ phân bố gốc mía Khoảng cách hàng mật độ phân bố gốc mía có ảnh hởng trực tiếp đến suất mía mà ảnh hởng đến vấn đề giới hoá khâu canh tác mía Trong thực tế sản xuất, khoảng cách hàng mía nớc ta nớc giới dao động phạm vi tơng đối lớn, từ 0,4m-1,6m Với khoảng cách hàng hẹp (0,4m-0,6m) mía chóng giao tán, diệt đợc cỏ dại, rút ngắn thời gian đẻ nhánh, nhiên mía dễ bị đổ ngả, suất không cao đặc biệt khó giới hoá Với khoảng cách hàng rộng (1,4m-1,6m), thuận tiện cho giới hoá khâu chăm sóc, xử lý đốn gốc Mặt khác, bị đổ ngả vun xới đợc, để mía lu gốc đợc nhiều vụ hơn, suất, hiệu kinh tế cao Hiện nay, nớc ta thờng trồng với khoảng cách hàng từ 0,8m-1,2 m Mật độ phân bố gốc mía: Mật độ hữu hiệu lúc thu hoạch yếu tố quan trọng cấu thành suất mía Mật độ tối u khoảng 6-10 cây/m2 tuỳ thuộc vào giống, đất kỹ thuật chăm bón Bề mặt ruộng, độ cao gốc lúc chặt mía có ảnh hởng trực tiếp đến việc di động, suất, chất lợng máy đốn gốc mía Mức độ tập trung hay phân tán gốc mía dọc theo luống số lợng gốc luống có ảnh hởng rõ rệt đến chất lợng kết cấu phận cắt máy đốn gèc mÝa [9], [22], [24] Theo kÕt qu¶ kh¶o sát mật độ phân bố gốc mía, độ cao gốc sau thu hoạch giống mía, vụ mía khác nông trờng Thống Nhất - Thanh Hoá đề tài [22], [26] đợc cho bảng sau: Bảng1 - 2: Đờng kính, chiều cao, độ phân tán gốc mía ROC10 vụ Đoạn chiều dài luống mía 5m D(mm) Đờng kính gốc mÝa 24 25 26 25 26 25 25 25 26 24 25 24 25 24 26 25 25 24 25 25 24 26 25 25 24 24 25 27 24 25 26 10 H(mm) ChiÒu cao gèc mÝa 45 50 41 30 40 37 40 42 37 50 42 35 37 45 42 45 40 37 42 35 37 30 40 35 30 35 30 40 45 35 30 L(mm) Khoảng cách từ gốc tới tâm luống 35 20 70 60 15 20 65 25 85 20 50 30 25 35 60 70 18 60 50 45 35 50 37 10 30 10 50 55 60 45 b1 = 2T M(t)sinktdt T 0∫ b2 = 2T M(t)sin2ktdt T 0∫ Khi nghiệm phơng trình đợc xác định theo c«ng thøc: ⎞ ⎛ M ⎜− + a ⎟ ⎜ J ⎟ a coskt + b sinkt a cos2kt + b sin2kt ⎠+ ⎝ ϕ= + + 2 2⎤ ⎡ ⎛ ⎞ p k ⎛ 2k ⎞ ⎟ p2 ⎜⎜1 − p2 ⎢⎢1 − ⎜⎜ ⎟⎟ ⎥⎥ ⎟ p p Để tính đợc hệ số a0, ai, bi phải thực phép đo Trong điều kiện cha cho phép, giải toán với giả định sau: + Anh hởng đại lợng tuần hoàn nhỏ + Có thể coi mô men cản cắt số: M2(t) = a Để xác định M2(t), từ kết thí nghiệm tính công cần thiết để cắt đứt gốc mía có đờng kính trung bình (d = 26m) lµ: A = 0,5476(J) Trong thùc tÕ, sù phân bố gốc mía ruộng, có lúc xảy trờng hợp dao cắt đồng thời gốc Do vậy, lực cắt lớn là: Amax = 3.0,5476 = 1,6428(J) Mô men cắt là: M2 = M2(t) = Trong ®ã: ϕ= A max ϕ S R + l/2 S đờng kính trung bình gốc mía: S = dtb = 0,026(m) R bán kính đĩa dao: 72 R = 0,215(m) l: chiều dài dao cắt: l = 0,150(m) Thay sè vµo biĨu thøc tÝnh M2, ta đợc: M2 18,3(Nm) + Tính M1: Tính gần cách qui đổi toàn hệ vật chuyển động quay với đĩa Khi đó, mô men quán tính qui đổi là: Jqđ = Jq1 +Jđd = 4,3962.10-3 + 0,49923 = 0,5036262(kgm2) Phơng trình chuyển động hệ: Jq®ϕ2" = M1 - M2 Jq® dω= M1 - M2 dt XÐt thêi gian khëi ®éng: Jq®(ω1 - ω0) = (M1 - M2)(t1 - t0) LÊy thêi gian khëi động là: Tại thời điểm đầu: t1 - t0 = 4(s) t0 = 0; = Tại thời điểm t1 = 4(s) vận tốc góc đĩa dao là: = 80(rad/s) M1 = M2 + Jqđ.80/4 Thay số vào ta đợc: M1 29,4 (Nm) Thay M1, M2 vào (3-39) giải ra, ta tìm đợc nghiệm riêng dao động cỡng bức: M M 1+ ⎜J J q1 dd * ⎜ ϕ =⎜ p2 ⎜ ⎜ ⎝ ⎞ ⎟ ⎟ ⎟ = - 0,0010362 Nghiệm tổng quát dao động c−ìng bøc lµ: ϕ = ϕ0 + ϕ* = Asin(2504t + ) - 0,0010362 73 Thay điều kiện đầu: t = 0, ϕ0 = ϕ20 - ϕ10 = - 3.10-5 ϕ'0 = ϕ2'0 - ϕ1'0 = - ω01 = 0,02 - 89,5452o ta tìm đợc: A -0,0010065 Nghiệm tổng quát dao động cỡng là: = -0,0010065sin(2504t - 89,5452) - 0,0010362 *TÝnh øng suÊt cùc đại trục máy: Mô men cực đại tác dụng lên trục máy là: M = Ct Ưng suát đạt giá trị lớn tiết diện nhỏ trơc T¹i tiÕt diƯn nhá nhÊt cã d = 27 (mm): max = Giá trị cực đại là: M Cϕ max = Wp πd3 16 ϕmax = -0,0010065 - 0,0010362 = -0,002043 Thay sè vµo biĨu thøc tÝnh max ta đợc: max = 14,45 (N/mm2) Tra sổ tay thiết kế chi tiết máy tài liệu thiết kế chi tiết máy ứng với vật liệu làm trục thép ta đợc: [max] = 25 - 35 (N/mm2) max < [max] * Kiểm tra khả cộng hởng: Theo thiết kế máy [22], đĩa có lắp dao, ®Üa quay víi vËn tèc gãc: ω® = 80 (rad/s) Lực cỡng có tần số 3đ,tần số lực kích động là: k = nđ = 80.n ( n = 1, 2,….∞ ) Theo kÕt tính toán đợc, tần số dao động riêng p = 2504 (s-1) 74 Víi n = 31 ta cã: k = 2480 Víi n = 32 ta cã: k = 2560 Nh− vËy lµ ë xa vïng céng hởng 3.6 Dao động hệ theo mô hình 2: 3.6.1 Dao động tự Với mô hình này, ta ®−ỵc hƯ cã ba bËc tù ϕ1, ϕ2, ϕ3 tơng ứng góc quay (góc xoắn) bánh chủ động (bánh Z1), bánh bị động (bánh Z2) đĩa dao Động hệ: T= (J1ϕ1' + J2ϕ2' + J3ϕ3' 2) Biểu diễn dới dạng toàn phơng: T= [1' ϕ2' ϕ3'] T= 1T ' X M.X' J1 0 J2 0 ViÕt d−íi d¹ng ma trËn: ϕ 1' ϕ2' J3 ϕ3' Trong ®ã: X' = [ϕ1' ϕ2' ϕ3'] T M= J1 0 J2 0 0 J3 X' = ϕ 1' ϕ 1' 1' Thế hệ: = [C1(ϕ2 - ϕ1 )2 +C2(ϕ3 - ϕ2 )2] BiÓu diễn dới dạng toàn phơng: = [1 ϕ3 ] 75 C1 -C1 C1 C1+C2 -C2 -C2 C2 ϕ1 ϕ2 ϕ3 ViÕt d−íi d¹ng ma trËn: Π= 1T X.K.X X = [ϕ1 ϕ2 ϕ3 ] T Trong ®ã: K= C1 -C1 -C1 C1+C2 -C2 -C2 C2 X = ϕ1 ϕ2 ϕ3 LËp phơng trình vi phân chuyển động theo LagrangII: d ⎜ ∂T ⎟ ∂T ∂π =0 + ⎟− ⎜ dt ⎜ ⎟ ∂q ∂q ⎝ ∂q ⎠ ∂T = J1ϕ1' ∂ q1 ⎞ ⎛ ⎟ ⎜ d ⎜ ∂T ⎟ dt ⎜ ⎟ ⎜∂q ⎟ 1⎠ ⎝ = J1ϕ1'' ∂T = J2ϕ2' ∂ q2 ⎛ ⎜ d ⎜ ∂T dt ⎜ ⎜ ∂q ⎝ ⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ = J2ϕ2'' ∂T = J3ϕ3' ∂ q3 ⎛ ⎜ d ⎜ ∂T dt ⎜ ⎜ ∂q ⎝ ⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ = J3ϕ3'' ∂π = C1(ϕ1 - ϕ2) ∂q ∂π = C1(ϕ2 - ϕ1) + C2(ϕ2 - ϕ3 ) ∂q ∂π = C2(ϕ3 - ϕ2 ) q Thay vào phơng trình La grăngII ta đợc: 76 ∂T =0 ∂q ∂T =0 ∂q ∂T =0 ∂q J1ϕ1'' + C1 (ϕ1 - ϕ2 ) =0 J2ϕ2'' + C1 (ϕ2 - ϕ1 ) + C2 (ϕ2 - ϕ3 ) = J3ϕ3'' + C2 (ϕ3 - ϕ2 ) J1 0 ϕ1'' ϕ1'' + ϕ1'' 0 J2 0 J3 C1 -C1 (3-40) =0 -C1 C1+C2 -C2 -C2 C2 ϕ1 ϕ2 ϕ3 =0 (3-41) ViÕt d−íi d¹ng ma trËn: M.X'' + K.X = (3-42) Để xác định tần số dao động, ta dựa vào phơng trình sau: K - p2M C1 -C1 -C1 C1+C2 -C2 -C2 C2 ⇒ C1-p2J1 -C1 =0 - p2 J1 0 J2 0 J3 = 0 -C2 C2-p2J3 =0 -C1 C1+C2-p2J2 -C2 Khai triển phơng trình ta đợc: ⎛J +J +J ⎞ ⎛C +C C C ⎞ P6 - ⎜⎜ + + ⎟⎟ p + C C ⎜⎜ ⎟⎟ p = J J J J J J 3⎠ ⎠ ⎝ ⎝ (3-43) Thay giá trị C1, C2, J1, J2, J3 vào phơng trình ( - 43 ), ta tìm ®−ỵc: p1 = 2410 (1/s) p2 = 30415 (1/s) NghiƯm phơng trình dao động tự ( - 40 ) cã d¹ng: ϕi0 = Aisin(p t + β) i = 1, 2, (3-44) Đạo hàm ( - 44 ) hai lần, sau thay vào (3 - 40 ) đơn giản cho sin(p t + ), ta đợc: 77 ( C1 - J1p2 )A1 - C1A2 =0 -C1A1 + [(C1 + C2) - J2p2]A2 - C2A3 =0 (C2 - J3p2)A3 - C2A2 =0 Tõ (3-5) ta cã: A C − J P2 21 ¦ng víi p = p1: µ21 = = 11 A C 11 à31 = Thay số vào ta đợc: A C 31 = 2 A 21 C2 − J3 p1 à21 = 0,984296 à31 = -0,009514 Ưng với p2: A C − J P2 22 µ22 = = 1 A C 12 µ32 = Thay sè vào ta đợc: A C 32 = 2 A 22 C2 − J3 p2 µ22 = -1,50126 µ32 = 0,5918.10-4 Nghiệm riêng ứng với giá trị p lµ: + øng víi p1: ϕ11 = A11sin(p1t + β1) ϕ21 = A21sin(p1t + β1) = µ21A11sin(p1t + β1) ϕ31 = A31sin(p1t + β1) = µ21 µ31A11sin(p1t + β1) + øng víi p2: ϕ12 = A12sin(p2t + β2) ϕ22 = A22sin(p2t + β2) = µ22A12sin(p2t + β2) ϕ32 = A32sin(p2t + β2) = µ22 µ32A12sin(p2t + β2) 78 (3-45) NghiƯm tổng quát là: 01 = A0 +t + A11sin(p1t + β1) + A12sin(p2t + β2) ϕ02 = A0 +ωt + µ21A11sin(p1t + β1) + µ22A12sin(p2t + β2) (3-46) ϕ03 = A0 +ωt + µ21 µ31A11sin(p1t + β1) + µ22 µ32A12sin(p2t + 2) Xác định Aji, j theo điều kiện đầu: Làm tơng tự nh mô hình ta đợc: ϕ10 = 3.10-5 ϕ20 = ϕ30 = ϕ10' = 0,02; 20' = 30' = Thay điều kiện đầu vào ( - 46 ) ta đợc: A0 + A11sinβ1 + A12sinβ2 = 3.10-5 A0 + µ21A11sinβ1 + µ22A12sinβ2 =0 (3-47) A0 + µ21 µ31A11sinβ1 + µ22 µ32A12sinβ2 = vµ: ω + A11p1cosβ1 +A12p2cosβ2 = 0,02 ω + µ21A11p1cosβ1 +µ22 A12p2cosβ2 =0 (3-48) ω + µ21µ31 A11p1cosβ1 +µ22µ32 A12p2cosβ2 = Tõ ( - 47 ), (3-48) ta rót ra: A0 = - A11sinβ1 - A12sinβ2 + 3.10-5 A11 = (1 − µ )p A cosβ − 0,02 22 12 (µ − 1)p cosβ 21 1 A12 = tgβ2 = Suy ra: (µ µ − µ )0,02 21 31 21 [(µ µ − 1)(1 − µ ) + (µ µ − 1)(µ − 1)]p cosβ 21 31 22 32 21 2 22 3.10−5 p = 45,6225 0,02 β2 = 88,744o 79 Thay giá trị tìm đợc vào biểu thức tính A12, A11,A0 giải ta đợc: A11 = 4,12.10-6 A12 = 1,19.10-5 A0 = 1,8.10-5 ω = 0,00214 (rad/s) Suy ra: A21 = µ21A11 = 4,06.10-6 A31 =µ31A21 = µ21µ31A11 = - 0,04.10-6 A22 = µ22A12 = - 1,79.10-5 A32 =à32A22 = à22à32A12 = -1,1.10-9 Thay giá trị tìm đợc vào ( - 46 ) ta đợc: ϕ01= 1,8.10-5 + 0,00214t + 4,12.10-6sin2410t + 1,19.10-5sin30415t ϕ02 = 1,8.10-5 + 0,00214t + 4,06.10-6 sin2410t - 1,79.10-5sin30415t ϕ03 = 1,8.10-5 + 0,00214t - 0,04.10-6sin2410t - 1,1.10-9 sin30415t HƯ ph−¬ng trình (3-49) hệ phơng trình biểu diễn dao ®éng tù cđa hƯ ®· xÐt 3.6.2 Dao ®éng cỡng hệ * Phơng trình vi phân: J11'' + C1 (ϕ1 - ϕ2 ) = M1 J2ϕ2'' + C1 (ϕ2 - ϕ1 ) + C2 (ϕ2 - ϕ3 ) = J3ϕ3'' + C2 (ϕ3 - ϕ2 ) (3-49) = -M2 Trong M1, M2 đợc xác định nh mô hình Để giải hệ này, ta thực lập trình giải máy tính Khi tìm đợc nghiệm riêng hệ 1*, 2*, 3*, ta tìm đợc nghiệm tổng quát hệ (3 - 50 ) b»ng c¸ch céng nghiƯm: ϕ1 = ϕ01 + ϕ1* ϕ2 = ϕ02 + ϕ2* 80 ϕ3 = ϕ03 + ϕ3* * TÝnh øng st cđa trơc khởi động máy Mô men cực đại tác dụng lên trục máy là: M = Ct(3 - 2)max Ưng suát đạt giá trị lớn tiết diện nhỏ nhÊt cđa trơc T¹i tiÕt diƯn nhá nhÊt cã d = 27 (mm): τmax = M Cϕ max = Wp d3 16 Giá trị cực đại là: max = (ϕ3 - ϕ2)max = Thay sè vµo biĨu thøc tính max ta đợc: max = Tra sổ tay thiết kế chi tiết máy tài liệu thiết kế chi tiết máy ứng với vật liệu làm trục thép ta đợc: [max] = 30 - 35(N/mm2) max < [max] * Kiểm tra khả cộng hởng: Cũng nh mô hình 1, tần số lực kích ®éng thùc tÕ lµ: k = nω® = 80.n So sánh với giá trị tần số dao động riêng p1, p2 dao động tự do, ta thấy: Tại số vòng quay n = 30 ta có k = 2400 p1 = 2410 Tại số vòng quay n = 30 ta cã k = 30400 ≠ p2 = 30415 Nh không xảy tợng cộng hởng 81 Kết luận đề nghị Kết luận Độ bền máy đốn gốc mía phụ thuộc vào độ bền phận cắt Trong trình làm việc, phận cắt vừa chuyển động theo máy vừa chuyển động quay với tốc độ cao chịu mô men cản lớn Trục phận cắt luôn thực dao động xoắn Vì thế, để tính toán, kiểm tra độ bền phận cần thiết phải tính toán thông số động lực học thông qua việc tính toán dao động hệ Mô hình tính dao động phận cắt không tính đến tính đàn hồi cặp bánh răng, đợc đa hệ hai bậc tự (hình - 10) gồm hai đĩa nối với khâu đàn hồi có độ cứng chống xoắn C = 27328(Nm) Khi cần tính xác có kể đến tính đàn hồi cặp bánh răng, đa hệ ba bậc tự ( hình - 11) Hệ gồm ba đĩa nối với khâu đàn hồi có độ cứng chống xoắn C1 = 994209(Nm) C2 = 27328(Nm) Khi tính toán với mô hình với tham số đà đợc xác định từ kết cấu cụ thể phận cắt tần số dao động riêng hệ p = 2504(s-1) Ưng với p điều kiện ban đầu, ta xác định đợc biên độ dao động cực đại giai đoạn chuyển tiếp Amax = -0,0010065 Ưng với dao động này, ứng suất cực đại trục max= 14,45(N/mm2) Khi tính toán ứng với mô hình tần số dao động riêng hệ p = 0, p1 = 2410(s-1), p2 = 30415(s-1) ¦ng víi tần số tìm đợc điều kiện ban đầu, ta xác định đợc biên độ dao động cực đại giai đoạn chuyển tiếp Amax Ưng với dao động này, ứng suất cực đại trục max 82 Trong hai trờng hợp max < [max] Nh trục phận cắt đủ độ bền Cũng hai trờng hợp khẳng định tần số dao động riêng xa vùng cộng hởng Kiến nghị Mặc dù luận văn đà đạt đợc mục tiêu đề ra, song thời gian nghiên cứu ngắn, , phơng tiện phục vụ cho việc nghiên cứu nhiều thiếu thốn Vì vậy, việc xác định số thông số động lực học máy có thiếu sót hạn chế định Luận văn dừng lại việc xác định thông số động lực học với lực kích động hàm Kiến nghị cho phép tác giả tiếp tục nghiên cứu để đu đợc thông số động lực học xác phù hợp với điều kiện làm việc thực tế máy 83 Tài liệu tham khảo Tiếng việt Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn (1998 - 2002), Báo cáo tổng kết ngành mía - đờng, Hà Nội Bộ phận Thông tin thị trờng Vụ sách Nông nghiệp Phát triển nông thôn - Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn (2000), Tình hình sản xuất tiêu thụ đờng nớc giới, Hà Nội Nguyễn Văn Bình, Vũ Đình Chính, Nguyễn Thế Côn, Lê Song Dự, Đoàn Thị Thanh Nhàn, Bùi Xuân Sửu (1996), Giáo trình công nghiệp, Nhà xuất Nông nghiệp, Hà Nội Nguyễn Trọng Chuyên, Nguyễn Văn Đạm, Ngô Văn Thảo, Nguyễn Thế Tiến (1969), Cơ học lý thuyết, Nhà xuất ĐH & THCN, Hà Nội Công ty cổ phần mía - đờng Lam Sơn - Thanh Hoá (2002), Báo cáo tổng kết vụ ép 2001 - 2002, Lam Sơn Nguyễn Văn Chính (2002), Nghiên cứu lựa chon nguyên lý làm việc tính toán số thông số động học, động lực học máy băm thái mía, Luận văn thạc sĩ khoa học, Trờng Đại học Nông nghiệp I, Hà Nội Đảng Cộng sản Việt Nam (2001), Nghị Đại hội Đại biểu toàn quốc lần thứ IX, Nhà xuất Hà Nội Vũ Năng Dũng (1995), Khả triển vọng phát triển mía - đờng Việt Nam, Tạp chí Nông nghiệp Phát triển nông thôn, Hà Nội Lê Song Dự, Nguyễn Thị Quý Mùi (1997), Cây mía, Nhà xuất Nông nghiệp, TP Hồ Chí Minh 10 Nguyễn Văn Đạo (2001), Cơ học giải tích, Nhà xuất Đại học Quốc gia, Hà Nội 84 11 Nguyễn Văn Đạo (2001), Dao động kỹ thuật, Nhà xuất Đại học Quốc gia, Hà Nội 12 Hiệp hội mía - đờng Việt Nam, Tình hình sản suất mía - đờng vụ 2000 - 2001 phơng hớng sản xuất vụ 2001 - 2002, Tin mÝa - ®−êng sè 8/2001 13 HiƯp héi mía - đờng Việt Nam, Tình hình sản suất tiêu thụ đờng số khu vực giới, Thônh tin mía - đờng số 8/2001 14 Nguyễn Trọng Hiệp (1994), Chi tiết máy, Tập 1, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội 15 Nguyễn Trọng Hiệp (1994), Thiết kế chi tiết máy, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội 16 Đặng Thế Huy, Trần Thị Nhị Hờng (1995), Bài giảng Dao động động lực học máy, Trờng ĐH Nông nghiệp I, Hà Nội 17 Trần Thị Nhị Hờng (1995), Một số phơng pháp toán học học Nông nghiệp, ĐH Nông nghiệp I, Hà Nội 18 Trần Thị Nhị Hờng, Đặng Thế Huy(1987), Một số phơng pháp toán học học Nông nghiệp, Nhà xuất Nông nghiệp I, Hà Nội 19 Phạm Đình Khôi, Sản suất mía - đờng năm qua dự báo vụ mía - đờng năm 2001 - 2002, Thông tin mía đờng tháng 6/2001 20 Đinh Văn Khôi, Bùi Văn Hải, Nguyễn Quốc, Nguyễn Văn Bày, Bạch Quốc Khang, Nguyễn Văn Hội (1999 ), Cơ giới hoá canh tác mía, Nhà xuất Nông nghiệp, Hà Nội 21 Nghiên cứu lựa chọn nguyên lý cho máy bạt gốc mía với máy kéo nhỏ, Đề tài cấp Nhà nớc KC 07.11 22 Phạm Huy Minh (2003), Nghiên cứu số thông số máy đốn gốc mía, Luận văn Thạc sĩ Khoa học kỹ thuật, Trờng ĐH Nông nghiệp I, Hà Nội 85 23 Trần Văn Sỏi (1995),Kỹ thuật trồng mía vùng đồi núi, Nhà xuất Nông nghiệp, Hà Nội 24 Trần Văn Sỏi (2003), Cây mía, Nhà xuất Nghệ An 25 Phạm Gia Tân (1992), Cây mía kỹ thuật trồng mía Việt Nam, Nhà xuất Nông nghiệp, TP Hồ Chí Minh 26 Nguyễn Xuân Thiết (2002), Nghiên cứu nguyên lý máy đốn gốc mía, Trờng ĐH Nông nghiệp I, Hà Nội 27 Phạm Văn Tờ, Lơng Văn Vợt, Nguyễn Xuân Thiết, Kết nghiên cứu phơng pháp cắt gốc mía đốn lu gốc, Tạp chí Nông nghiệp Phát triển Nông thôn, Tháng 2/2002 28 Phạm Văn Tờ, Nguyễn Văn Chính, Một số kết nghiên cứu đặc điểm lý tính mía, Tạp chí Nông nghiệp Phát triển Nông thôn, Số 4/2003 29 Phạm Văn Tờ, Lơng Văn Vợt (2003), Giáo trình học lý thuyết, Nhà xuất Nông nghiệp, Hà Nội 30 Phạm Văn Tờ (2003), Bài giảng học giải tích, Trờng Đại học Nông nghiệp I, Hà Néi TiÕng Nga: 31 В.А.Светлицкий, Н.В.Стасенко (1979), Съорник задач по Теории колеъании, Москва " Высшая школа" 32 Я Г Панобко ( 1967 ), Оснобы прикладной Теории упрузих ролебаний издательстбо - Мапенностроны Москва 33 И И Вульфсон, М З Колобский, Нелинейные з адачи Динамики Машин 86 ... thực nghiên cứu đề tài: "Nghiên cứu số thông số động lực học máy đốn gốc mía " Đề tài bao gồm nội dung sau: Tổng quan vấn đề nghiên cứu Mục tiêu phơng pháp nghiên cứu Xác định số thông số động lực. .. lý tính gốc mía Việc nghiên cứu lý tính gốc mía nhằm tìm phơng pháp cắt gốc mía tối u nhất, làm sở để xác định thông số hình học, động lực học kết cấu máy đốn gốc mía hợp lý Việc nghiên cứu đợc... cứu tính toán thông số động lực học máy cha thấy công trình khoa học đề cập tới Vì vậy, phạm vi khuôn khổ đề tài, lựa chọn việc nghiên cứu số thông số động lực học máy đốn gốc mía chơng 25 mục