Nghiên cứu các thông số của bộ phận cắt thái ảnh hưởng đến năng suất của máy băm thân cây ngô

Nghiên cứu này xác định các thông số tối ưu cho lưỡi thái cắt của máy băm thân cây góp phần nâng cao năng suất. Bên cạnh đó, nghiên cứu còn mở ra khả năng ứng dụng trong chế tạo các loại dao cắt nông sản khác như sắn, chuối, cỏ voi ...

No.21_June 2021 |p.150-156 TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC TÂN TRÀO ISSN: 2354 - 1431 http://tckh.daihoctantrao.edu.vn/ RESEARCH OF THE PARAMETER OF THE CUTTING PARTS AFFECTING THE YIELD OF THE MAIZE SLICER Vu Thi Phuong1, Vu Van Dam2, Trieu Quy Huy1,* University of Economics - Technology for Industries, Vietnam Thai Nguyen University, Vietnam * Email address: tqhuy@uneti.edu.vn https://doi.org/10.51453/2354-1431/2021/537 Article info Recieved: 01/4/2021 Accepted: 3/5/2021 Keywords: Cutting unit, chopper productivity, cutting edge profile, slip angle, clamp angle 150 Abstract The corn trunk chopper machine plays an important role in the processing of byproducts after the harvest to take economic advantage and ensure the safety and adequate food reserved for the whole year, especially in the winter and rainy season in the northern provinces of Vietnam The main working part of the chopper is the slicing unit using a chopping cutter with the working parameters including the cutting drum radius rt, the length of cutting blade Lcg, the angle of the cutting blade , the cutting-edge profile This study determines the optimal parameters of the chopping cutter improve productivity Besides, the study also opens up the possibility of application in manufacturing other types of cutting knives for agricultural products such as cassava, banana, elephant grass No.21_June 2021 |p.150-156 TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC TÂN TRÀO ISSN: 2354 - 1431 http://tckh.daihoctantrao.edu.vn/ NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ CỦA BỘ PHẬN CẮT THÁI ẢNH HƯỞNG ĐẾN NĂNG SUẤT CỦA MÁY BĂM THÂN CÂY NGÔ Vũ Thị Phượng1, Vũ Văn Đam2, Triệu Quý Huy1,* * Trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật công nghiệp, Việt Nam Trường Đại học Thái Nguyên, Việt Nam Địa email: tqhuy@uneti.edu.vn https://doi.org/10.51453/2354-1431/2021/537 Thông tin viết Tóm tắt Máy băm thân ngơ đóng vai trò quan trọng việc chế biến phụ phẩm sau Ngày nhận bài: thu hoạch nhằm tận dụng kinh tế đảm bảo an toàn, cung cấp đủ lương thực 01/4/2021 Ngày duyệt đăng: dự trữ cho năm, vào mùa đông mùa mưa tỉnh miền Bắc Việt Nam Phần làm việc máy băm phận băm với dao thái cắt bao gồm 3/5/2021 thơng số bán kính trống cắt rt, chiều dài cánh gạt Lcg, góc nghiêng cánh gạt , biên dạng cạnh sắc dao Nghiên cứu xác định thơng số tối ưu cho lưỡi Từ khóa: Bộ phận cắt thái, suất máy băm, biên dạng cạnh thái cắt máy băm thân góp phần nâng cao suất Bên cạnh đó, nghiên cứu cịn mở khả ứng dụng chế tạo loại dao cắt nông sản khác sắn, chuối, cỏ voi sắc, góc trượt, góc kẹp Đặt vấn đề Hiện có nhiều loại máy cắt (băm) thái, loại sản phẩm tạo đòi hỏi phải nghiên cứu loại dao phù hợp với đặc tính riêng để đáp ứng chất lượng tốt nhất, suất cao chế độ làm việc ổn định Đã có số nghiên cứu tương đồng xác định thông số máy băm cắt rác thải ni lông phục vụ tái chế [1], thông số kế cấu máy băm thái củ sắn tươi [2], thiết kế máy băm thân ngô tươi [3], ảnh hưởng vận tốc dao đến lượng cắt [7], thiết kế thí nghiệm dao băm cố định đồng trục rơm rạ [8] Theo hướng nghiên cứu khác việc xác định thông số phận cắt thái nâng cao suất máy [4] Những nghiên cứu chưa thực tối ưu hóa thơng số phận cắt thái máy băm nói chung máy cắt thái thân ngơ nói riêng Trên thị trường có nhiềuh cực R() giảm dần góc cực  tăng dần Góc trượt giảm dần 0 + 0 +  ≤ 90o, giai đoạn cắt thuận lợi quan hệ R()  đồng biến Cuối giai đoạn cắt lại không thuận lợi tồn góc 0 nên 0 + 0 +  > 90o lúc góc trượt lại tăng dần làm cho quan hệ R()  nghịch biến Với góc kẹp cắt  tăng góc 2.3 Xây dựng biên dạng cạnh sắc dao  =  -  Q , giai đoạn  Q tăng, giai đoạn đầu 0 + 0 +  ≤ 90o góc trượt  giảm dần góc kẹp giảm nhanh giai đoạn này, giai đoạn cuối 0 + 0 +  > 90o góc trượt  lại tăng dần góc kẹp giảm giảm chậm so với giai đoạn đầu Vậy giai đoạn cắt góc kẹp  giảm dần, quy luật biến đổi góc kẹp thuận lợi cho giai đoạn cắt kính quay RO, tiếp tuyến cạnh sắc dao G0 hợp với OG0 góc  Sau thời gian t cánh gạt CG quay góc  cắt lưỡi dao vị trí Q, cánh gạt vị trí C1G1, tiếp tuyến lưỡi dao Q có phương t-t Xét chuyển động tương đối vị trí Q, coi dao quay cánh gạt cố định, vận tốc tuyệt đối dao có phương vận tốc v vng góc với bán kính cực R(), phân tích thành phần vận tốc v theo hai phương: vng góc với tiếp tuyến lưỡi dao Q vt theo phương tiếp tuyến t-t Từ đường cong G0C0 cạnh sắc dao hướng phía lõm có góc nhọn tạo phương bán kính cực R() với phương tiếp tuyến lưỡi dao giao điểm Q gọi góc trượt  Để xác định R() theo , góc  cho số gia d cánh gạt quay thêm góc d cắt cạnh sắc dao vị trí F, tương ứng bán kính cực có số gia hàm số, [5]: dR() = R(+d) – R() = OF – OE < Xét tam giác QFE: Cạnh QF cát tuyến đoạn thẳng vng góc với OQ Q có độ lớn: cạnh sắc dao trường hợp d lớn, cho d  F tiến dần tới Q lúc cát tuyến QF tiến tới tiếp tuyến với cạnh sắc dao Q (phương QF tiến tới phương tiếp tuyến t-t), góc FQO tiến tới  Mặt khác, d vơ bé, cung QE coi (3) QE = R().d Góc (4)  π FQE   τ; góc QFE =  d  Từ tam giác QFE có: dR( ) R( )d dR( )  hay  cot g ( ).d sin  R( )   sin    2  (5) Theo (3) có dR() < 0; (5) tính trị số độ lớn, không kể đến biến thiên quan hệ biến số  hàm số R() dR( )   cot g ( ).d R( ) Tích phân hai vế (6) có: R ( )  RO Phương trình (7) cho biết quỹ đạo cạnh sắc dao có phương tiếp tuyến hợp với phương véc  dR( )   cot g ( ). d R( ) R = R0 e-.cotg() , m (6) tơ bán kính cực R() góc  khơng đổi Phương trình đường cạnh sắc dao xác định: (7) ds = R().d 153 V.T.Phuong/ No.21_Jun 2021|p.150-156 S  0   ds   R( ).d   s  RO e  cot g ( ) d   cot g ( ); cot g ( ) 0   RO  e  cot g ( ) , m cot g ( ) (8) thân ngô mrc bị cánh gạt tung theo phương thẳng 2.4 Các thông số đặc trưng Các thông số cấu tạo phận cắt thái, gồm: bán kính trống cắt rt; chiều dài cánh gạt đứng vào máng bao đưa lại thân ngô cắt vào cửa tham gia trình cắt lần Để đảm bảo điều Lcg; góc nghiêng cánh gạt α; biên dạng cạnh sắc dao kiện ngơ hồn toàn, cần chọn chiều dài cánh gạt Lcg quay thêm góc φ = φck < φckmax xác định theo phương trình (7) với R()max = R0 R()min = rt Cần đảm bảo kích thước phận cắt thái nhỏ gọn chất lượng cắt Cx có giá trị cao như: Bán phần thân ngô mrc phải hết, từ xác định bán kính: R0 = rt + Lcg (11) kính trống cắt rt ảnh hưởng đến kích thước phận cắt, chọn bán kính trống cắt theo tiêu chuẩn TCVN Trường hợp góc nghiêng cánh gạt α > , chiều dài cánh gạt: 6113-1996 [6] rt = 0,135m; dao cắt sử dụng vật Lcg  R02  rt sin ( )  rt cos( ), m (12) liệu CT45 dày δd = 0,005m, khoảng cách hai mặt bên phần thân dao hai dao kề bd cho phép chất lượng cắt Cx đạt 90% bd = 0,03 m; khe hở mặt bên thân dao mặt bên cánh gạt δ với mức δ = 0,001, 0,002, 0,003, 0,004 0,005m; chọn δ đảm bảo chiều rộng cánh gạt là: bcg = bd – δ(m); chiều rộng cửa vào nguyên liệu sau cắt máy cắt thái 0,2m đảm bảo ngô tung hoàn toàn vào phận cắt thái 2.4.1 Xác định góc trượt  hợp lý Góc nghiêng α ảnh hưởng trực tiếp đến điều kiện kẹp trình cắt, thời điểm cánh gạt bắt đầu cắt khối ngô vị trí G0, góc kẹp  xác định, [6]:    (9) Khi tồn góc nghiêng α góc cấu tạo ; Điều kiện thỏa mãn trình cắt   2. , , từ (7) ta được:      Khi biết α Lcg, xác định được:  rt  sin( );      , rad (13)  R0    arcsin  Với R0, α xác định cắt thái thân ngơ nhanh (φ ck < 600), tính tốn lý thuyết lấy góc bao cắt φqtc = 120o Vậy góc hạ đầu dao φ0 góc bao tương ứng giai đoạn trình cắt xác định: π   csd ;  c   csd  λ; 0   ck  (14) 2π   c   cht 2.4.3 Xác định góc kẹp Góc kẹp  q trình cắt  xác định:  hay   (10) Hệ số ma sát nguyên liệu tươi thép có f’ = 0,55 ứng với góc ma sát ' = 28,81o Góc cắt trượt  ln lớn góc kẹp   ≥ ' ; Kết hợp điều kiện chọn góc trượt  2.4.2 Xác định bán kính R0 chiều dài cánh gạt Lcg Tính từ lúc bắt đầu cắt hết khối thân ngô mr, cánh gạt quay thêm góc φrmax = /2 phần 154     C1QO    (   ) (15) Góc  γ số nên góc kẹp biến thiên phụ thuộc vào Khi góc   , có quan hệ nghịch biến tăng dần giai đoạn cắt góc kẹp  đạt giá trị lớn  = nhỏ  = λ, giai đoạn cắt giá trị góc kẹp  nằm khoảng:  - α   - γ giảm dần q trình cắt Góc kẹp Tính góc kẹp: V.T.Phuong/ No.21_Jun 2021|p.150-156        (16) Từ nghiên cứu lý thuyết thông số 2.4.4 Các thông số động học cắt thái tối ưu vận dụng vào thực nghiệm xây dựng thiết kế, chế tạo máy nhằm chứng phận cắt thái Phương trình véc tơ bán kính cực R() chất minh hiệu nâng cao suất với công suất điểm Q trượt cạnh sắc dao: R  R0 e  cot g ( ) , m  rt  1   arcsin  sin   2  Ro  (17) + Buồng thái: Buồng thái làm thép CT3 dầy 10mm; đường kính 1080mm, bề rộng 140 mm Đoạn đường s sau thời gian t ứng với góc cực  Cửa vào có kích thước 360x100 mm, gắn lô chất điểm Q:   R0 s  e ( ) cot g ( ) , m cot g ( ) ép bên dao đế (tấm kê) bên Cửa (phía dưới) song song với mặt đất có kích (18) thước 150x150mm Vận tốc theo phương tiếp tuyến với cạnh sắc + Trục chính: Thép CT45, cổ trục lắp bi 309 có dao vị trí Q: đường kính 45mm Đoạn trục (đường kính vt  ds  s, m / s dt 58mm) lắp đĩa bắt khung dao, bắt puly (đường kính trục 38mm) (19) + Khung gá dao: Thép CT3, dày 45 mm, bán kính R = 491mm làm thành đối xứng qua trục Gia tốc tiếp tuyến chất điểm Q: dvt d s at    s, m / s dt dt + Đĩa bích: Thép CT3, dày 15 mm, đường kính 148mm (20) Gia tốc hướng tâm xác định: an  vt2  + Dao thái: Thép 45 nhiệt luyện có độ cứng 54  58 HRC Kích thước: dài x rộng x dầy = ,m / s2 (21) 370x115x15, phần lưỡi có góc = 36° + Cánh quạt tạo gió gắn đĩa thái, có tác dụng đẩy nguyên liệu sau thái ngồi đó: ρ bán kính cong vị trí lân cận với giao điểm Q, m Cơ cấu đo moment xoắn lắp trục Bán kính cong ρ = 1/C, với C độ cong chính, trục gắn tengo thu- phát tín hiệu (khơng dây) qua máy vùng lân cận vị trí xét: C  R  R  R.R 2 ; Trục chuyển động động (22) điện 7,5 kW, vận tốc 500  700 min-1 Thay đổi vận (R2  R ) tốc máy biến tần (R2  R2 )  ,m  R  R  R.R 3.2 Kết thực nghiệm Chọn thân ngô tươi sau thu hoạch Chuẩn bị (23) máy chạy ngày (16 giờ) làm việc nhằm thực đánh giá q trình hoạt động máy sau Ứng dụng thực nghiệm chia cho số làm việc để suất làm việc (60 phút) máy 3.1 Chế tạo máy cắt Bảng 1: So sánh máy trước sau thay đổi thông số phận cắt thái STT Bộ phận cắt thái Trước tính tốn [3] Sau tính tốn Cơng suất (KW) Thời gian (giờ) Năng suất (tấn) 35 7,5 16 52,8 155 V.T.Phuong / No.21_Jun 2021|p.150-156 Từ kết thực nghiệm (Bảng 1) cho thấy nghiên cứu lý thuyết tính tốn hồn tồn nâng cao hiệu nhiều so với phận cắt thái dùng phương pháp xác định theo kinh nghiệm Đã tăng suất từ 35 lên 52,8 tấn/ngày (2,187 lên 3,3 tấn/giờ) Kết luận - Nghiên cứu đặc điểm phận cắt thái, định hướng để biên dạng sắc dao tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu tính tốn tiêu chí thiết kế, tăng suất máy - Xây dựng thông số cấu tạo phận cắt thái làm sở xác định thông số động học động lực học khối nguyên liệu trượt cạnh sắc dao giai đoạn cắt Đồng thời làm tăng tuổi thọ lưỡi cắt chọn góc dao kèm với độ cứng hợp lý - Các thông số động học xác định theo cơng thức từ (17) ÷ (23) làm sở cho việc phân tích động lực học khối ngơ tác dụng cánh gạt cạnh sắc dao REFERENCES [1] Nhat, D.V (2019) Research to determine some basic parameters of plastic shredders for recycling Journal of Science and Technology in Civil Engineering (Science and Construction)-University of Construction, 13(3V): 91-98, Vietnam [2] Tien, N.V., Tung, N.D (2018) Study the effect of some structural parameters on the high-yield 10- 156 20 ton/h fresh cassava chopping/slicing machine by experimental planning model The 5th national scientific conference on mechanical engineering, 189, Vietnam [3] Cao D.V (2009) Research, design, and manufacture a machine to chop fresh corn stalks as fermenting feed for cows with a yield of 35 tons/day Scientific research project at ministerial level, Ministry of Industry and Trade, Vietnam [4] Tam, N.V (2015) Study on some key parameters as a basis for designing the straw cutting unit associated with the threshing machine Doctoral thesis in mechanical engineering, Vietnam [5] Ngan, N.H (2010) Research and design of fiber and fiber cutting machines as aggregates for composites Journal of science and technology, 13 (K3):37-48, Vietnam [6] Long, B.T., Luc, T.S., Sy, T (2010) Bag Design Industrial Tools Science and Technology Publishing House, Vietnam [7] Yiljep, Y D., Mohammed, U S (2005) Effect of knife velocity on cutting energy and efficiency during impact cutting of sorghum stalk Agricultural Engineering International: CIGR Journal [8] Qiu, J., Wu, M., Guan, C., Fang, Y., Li, X (2015) Design and experiment of chopping device with dynamic fixed knife coaxial for rice straw Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 31(10): 11-19  ... ISSN: 2354 - 1431 http://tckh.daihoctantrao.edu.vn/ NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ CỦA BỘ PHẬN CẮT THÁI ẢNH HƯỞNG ĐẾN NĂNG SUẤT CỦA MÁY BĂM THÂN CÂY NGÔ Vũ Thị Phượng1, Vũ Văn Đam2, Triệu Quý Huy1,*... dao băm cố định đồng trục rơm rạ [8] Theo hướng nghiên cứu khác việc xác định thông số phận cắt thái nâng cao suất máy [4] Những nghiên cứu chưa thực tối ưu hóa thông số phận cắt thái máy băm. .. xác định thông số máy băm cắt rác thải ni lông phục vụ tái chế [1], thông số kế cấu máy băm thái củ sắn tươi [2], thiết kế máy băm thân ngô tươi [3], ảnh hưởng vận tốc dao đến lượng cắt [7],