2. Một số tính chất cơ lý của lá mía và đất trồng mía, lựa chọn nguyên
2.2.1. Các nguyên lý cắt bằng dao, những yếu tố ảnh h−ởng quá trình cắt thái
Quá trình cắt thái diễn ra bởi dao có dạng nêm. Lực cắt thái sẽ tạo nên áp lực riêng giữa l−ỡi dao và vật thái dẫn đến sự phá huỷ mối liên kết giữa các phần vật thái làm tách rời chúng ra.
L−ỡi dao có thể xem nh− đoạn thẳng tạo bởi hai mặt vát của nêm giao nhau. Dao th−ờng làm bằng kim loại. Bề mặt khi mài không tuyệt đối phẳng do vậy l−ỡi dao là giao của hai mặt không phẳng sẽ có hình răng c−a và có chiều dày.
Quá trình cắt thái phụ thuộc nhiều yếu tố nh− hình dạng hình học của dao (độ sắc, góc mài, chiều dày và dạng cạnh sắc), đặc tính vật liệu cắt (vật liệu sợi thớ, vật giòn, dẻo… ), các chế độ động học, động lực học của bộ phận cắt thái…
Viện sĩ V. P. Goriachkin đã phân thành hai ph−ơng pháp cắt thái là cắt bổ và cắt tr−ợt. Cắt bổ là vận tốc tiếp tuyến (VT) giữa l−ỡi dao và vật thái VT = 0,còn cắt tr−ợt VT ≠ 0
Qua thí nghiệm rút ra kết luận khi độ tr−ợt giữa dao và vật thái ở vật liệu sợi thớ càng lớn thì lực cắt càng giảm tuân theo đồ thị (hình 2.3) có hàm :
N3S = const. (2.1)
Nhìn đồ thị ta thấy nếu đoạn tr−ợt càng dài thì lực cắt càng nhỏ. Nh−ng độ tr−ợt có lực cắt giảm nhanh nhất là đoạn giữa đ−ờng cong N3S = const. Nh− vậy để hiệu quả trong quá trình cắt, ta nên chọn độ tr−ợt của dao với vật thái ở mức phù hợp, nếu tr−ợt ít lực cắt giảm không đáng kể, nếu tr−ợt dài quá lực cắt càng không giảm mà tốn quãng đ−ờng dịch chuyển của dao.
S (mm) N
Hình 2.3. Biểu diễn cắt tr−ợt viện sĩ VP Goriachkin [24]
Mục đích là tìm những yếu tố ảnh h−ởng tới lực cắt và công chi phí cho lực cắt thái từ đó có biện pháp giảm tối đa lực cắt và công cắt. Theo tài liệu [24] thì những yếu tố ảnh h−ởng quá trình cắt là:
- Độ sắc của l−ỡi dao y (mm) (độ dày của l−ỡi dao) có ảnh h−ởng tới áp lực cắt riêng q (N/cm) đ−ợc thể hiện qua công thức : q = y. σC
Trong đó: σC [N] ứng suất của vật thái, từ đó chúng ta có nhận xét trong việc lựa chọn vật liệu làm dao, quy trình chế tạo sử dụng nh− thế nào luôn để y nhỏ nhất là cơ sở để giảm chi phí năng l−ợng cho quà trình cắt.
Để cắt đứt vật thái dao thái cần tạo ra áp lực cắt thái riêng cần thiết, đó là yếu tố chủ yếu, trực tiếp đảm bảo quá trình cắt đứt vật thái.
Pt T1 Q i T2 3 2 1
Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lý quá trình cắt thái bằng l−ỡi dao [24]
1- Dao cắt. 2- Lớp lá mía. 3- Nền ruộng
Gọi lực cắt thái là Q và độ dài đoạn thái là S thì áp lực cắt thái riêng đ−ợc tính q = Q/ S (N/cm). Khi dao cắt vào lớp lá mía trên nền ruộng
Ta có: i : góc mài dao. Q: lực cắt thái.
T1,T2: lực ma sát bên trái và bên phải của dao. Pt : Lực cản cắt thái.
Khi dao đi vào lớp lá mía là vật đàn hồi áp suất cắt thái riêng gây ra hai giai đoạn. Giai đoạn đầu l−ỡi dao nén ép vật thái, giai đoạn hai cắt đứt vật thái và thắng cả lực ma sát T1,T2 do áp lực lá mía tác động vào mặt bên trái, bên phải của dao.
Vậy lực cần thiết để cắt đứt lớp lá mía là:
Q = Pt + T1 + T2 cos i (2.2)
Từ công thức 2.2 chúng ta thấy để giảm lực cắt Q chúng ta cần phải giảm Pt, T1,T2,cos i.
Để giảm lực Pt ta chọn thời điểm độ ẩm là mía thích hợp sẽ có Pt nhỏ nhất. Giảm T1,T2 bằng cách dao mài nhẵn, vật liệu làm dao có hệ số ma sát nhỏ, độ ẩm của vật liệu khi cắt có hệ số ma sát nhỏ.
Góc i giảm tới hạn cho phép (120 - 150). Độ ẩm của lá mía khi cắt vùi:
Khi thu hoạch lá mía để rải phơi trên mặt đồng, độ ẩm giảm dần, thì áp suất cắt thái riêng cũng thay đổi. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm nhiều loại thân cây cho kết quả đồ thị hình 2.5 [30]
q(N/cm) qo ơ q2 q1 W (%) w0 w2 w1
Trên đồ thị ta thấy độ ẩm wo áp lực cắt thái riêng lớn nhất. Khi độ ẩm cao w2 và độ thấp w1 áp lực cắt riêng nhỏ vận dụng để cắt lá mía, ta cắt khi lá còn t−ơi hoặc đã khô hẳn thì chi phí lực cắt sẽ giảm.
Trong quá trình cắt ngoài chú ý áp lực cắt thái ta còn quan tâm tới công để cắt thái. Qua nghiên cứu công để cắt thái phụ thuộc rất lớn vào góc cắt tr−ợt τ công thay đổi thể hiện trên đồ thị (hình 2.6).
τ1 τ τ2 τ0 τ1 Ar (J/cm2)
Hình 2.6. Đồ thị quan hệ của công riêng Ar với góc τ [24]
Đ−ờng công phụ thuộc góc τ thể hiện qua biểu thức toán:
Ar = 100 q (1 + f’tg τ) J/cm2. (2.3)
q: áp suất cắt riêng. N/ cm2
f’: Hệ số cắt tr−ợt (f’ = tgϕ’, ϕ’góc ma sát dao và vật thái).
τ: Góc cắt tr−ợt.
Trong quá trình cắt ngọn lá mía tuỳ điều kiện mà ta chọn cắt có tr−ợt hoặc không tr−ợt để lợi cho chất l−ợng hoặc chi phí năng l−ợng cắt thái.
Để cắt vật liệu tuỳ điều kiện mà ng−ời ta có thể cắt có tấm kê hay không có tấm kê.