Phần 5 Kết luận và kiến nghị
3.8.Sơ đồ điều khiển chuyển động của đĩa gieo và trục cuốn
2.2.6.1. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố
Để xác định ảnh hưởng độc lập của các thông số vào đến các hàm chỉ tiêu của bộ phận gieo và bộ phận bón phân tác giả sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố. Với mỗi thông số vào được thay đổi ở 5 mức, ở mỗi
71
- Đồ thị vận tốc giới hạn của lỗ đĩa gần như là một đường thẳng, có thể coi trong phạm vi thay đổi nhỏ của kích thước hạt thì vận tốc vận tốc giới hạn gần như tỷ lệ bậc nhất với kích thước của hạt.
4.1.3. Mơ hình xác định khả năng phân ly và giữ hạt
Việc giữ hạt trong lỗ khi hạt đã rơi xuống lỗ đĩa của đĩa gieo là rất quan trọng, vì nếu trên chiều dài cung từ vị trí lấy hạt đến vị trí nhả hạt, đặc biệt tại vị trí cửa buồng nhả hạt mà hạt bị văng ra ngồi lỗ đĩa thì sẽ bị mất khoảng. Ngược lại, tỷ lệ lỗ chứa hai hoặc nhiều hơn hai hạt quá nhiều đi vào buồng nhả hạt và được gieo thì mật độ cây sẽ tăng lên vượt quá yêu cầu. Hai hiện tượng này có các yếu tố liên quan và ảnh hưởng giống nhau lên được nghiên cứu trong nội dung này.
Hiện tượng hạt bị văng ra khỏi lỗ do nhiều nguyên nhân, trong đó các ngun nhân chính có thể coi là:
- NN1: Trong quá trình di chuyển hạt trong lỗ chịu tác động rung động của máy do mấp mô mặt đồng, hạt bị văng ra ngoài lỗ. Đối với nguyên nhân này có thể hạn chế bằng các biện pháp như lắp các phần tử khử dao động (giảm sóc) và tăng số mấu bám của bánh xe.
- NN2: Vận tốc của lỗ đĩa (số vòng quay của đĩa) lớn, đồng thời giữa hạt và lỗ có khe hở nên có tải trọng động tác dụng lên hạt (lực tác động của thành lỗ lên hạt), nếu khe hở giữa hạt và lỗ đĩa lớn thì dao động của hạt trong lỗ sẽ tăng lên và làm cho hạt văng ra ngoài. Bề dầy đĩa gieo δđ (mm) càng nhỏ thì khả năng giữ hạt càng giảm. Do đó, cần hạn chế khe hở giữa hạt và lỗ đĩa, tức là cần hạn chế đường kính của lỗ đĩa, đồng thời đĩa gieo phải có bề dầy cần thiết. Kết quả tính tốn trên cho thấy vận tốc lỗ đĩa nhỏ (0,143 ÷ 0,308 m/s) và khe hở giữa hạt và lỗ đĩa cũng nhỏ nên ảnh hưởng của nguyên nhân này đến khả năng giữ hạt sẽ được xem xét thông qua nghiên cứu thực nghiệm.
- NN3: Tác động của lưỡi gạt hạt đặt trước buồng nhả hạt, lưỡi gạt hạt có nhiệm vụ phân ly tất cả các hạt nằm trên đĩa gieo không di chuyển vào buồng nhả hạt (giữ cho khối hạt trên đĩa gieo không chuyển động cùng với đĩa) và phân ly cả các hạt nằm phía trên hạt đang nằm trong lỗ đĩa (lỗ có hai hạt nằm chồng lên nhau). Nhưng lưỡi gạt này cũng có thể tác dụng vào các hạt đang nằm trong lỗ đĩa mặc dù trong lỗ chỉ có một hạt, lực tác động này có thể làm cho hạt bị bật ra khỏi lỗ đĩa hoặc làm dập, vỡ hạt.
72
Trong nội dung nghiên cứu về khả năng giữ hạt trong lỗ và phân ly hạt,
tác động của lưỡi gạt (NN3) sẽ được tập trung phân tích và xây dựng mơ hình tốn. Có thể thấy, đối với dạng lỗ đĩa trong 2 trường hợp nghiên cứu ở nội dung về điều kiện lấy hạt thì lỗ đĩa có vát mép là dạng lỗ mà hạt trong lỗ dễ bị bật ra khỏi hơn khi có tác động, vì lúc này coi đĩa gieo có bề dầy giảm đi một lượng chính là chiều cao vát mép Δvm. Chính vì vậy trong phần này, dạng lỗ đĩa có vát
mép sẽ được chọn để nghiên cứu.
a) Có 2 hạt trong lỗ b) Có một hạt trong lỗ
Hình 4.8. Mơ hình xác định điều kiện phân ly và giữ hạt
a. Điều kiện phân ly hạt khi trong lỗ có 2 hạt nằm chồng lên nhau:
Để hạn chế tỷ lệ lỗ đĩa chứa hai hạt đi vào buồng nhả hạt thì cần phải phân ly các hạt nằm phía trên hạt đã nằm trong lỗ (không xét trường hợp 2 hạt nằm xiên trong lỗ). Ở đây, xét trường hợp lỗ chứa 2 hạt có kích thước nhỏ nhất nằm chồng lên nhau như hình 4.8a, vì nếu phân ly được trong trường hợp này thì khi hạt có kích thước lớn hơn sẽ phân ly được.
Để lưỡi gạt có thể phân ly được hạt phía trên ra khỏi lỗ thì điều kiện là đường tác dụng của lực phân ly phải nằm phía dưới trọng tâm của hạt, ta có cơng thức:
e + δđ ≤ 3/2dh 4.28
tức là: e + δđ ≤ 7,8 mm (tương ứng với các hạt có kích thước nhỏ nhất dh = dhmin = 5,2 mm). Với e = 1 mm thì δđ ≤ 6,8 mm.
b. Điều kiện giữ hạt khi trong lỗ chỉ có 1 hạt
Vì lưỡi gạt hạt nằm trên mặt đĩa nên nó sẽ tác động vào các hạt nằm trên mặt đĩa và cả các hạt trong lỗ đĩa nhưng có phần cao hơn mặt đĩa. Ở đây, ta xét trong trường hợp trong lỗ chỉ có một hạt và hạt đứng theo phương a như trong hình 4.8b.
73
Để giữ được hạt thì đường tác dụng của lực phân ly phải nằm bằng hoặc phía trên trọng tâm của hạt, ta có công thức:
e + δđ ≥ dh/2 4.29
tức là e + δđ ≥ 3,85 mm (tương ứng với các hạt có kích thước lớn nhất dh = dhmax = 7,7 mm). Với với e = 1 mm thì δđ ≥ 2,85 mm.
Kết quả phân tích cho thấy:
- Để phân ly được hạt khi trong lỗ có 2 hạt chồng lên nhau và giữ hạt khi trong lỗ chỉ có 1 hạt thì chiều dầy của đĩa gieo phải nằm trong khoảng 2,85 ≤ δđ ≤ 6,8 mm.
- Ngồi ra cịn phải xem xét thêm điều kiện lực phân ly tác động vào hạt gây cắt hạt và phải nhỏ hơn lực nén gây dập, vỡ hạt hay giảm khả năng nảy mầm của hạt hoặc nghiên cứu chọn vật liệu làm lưỡi gạt phù hợp (mềm và có tính chất đàn hồi).
4.1.4. Mơ hình xác định tác động của lưỡi gạt phân ly
Như đã trình bầy ở trên, lưỡi gạt phân ly hạt có nhiệm vụ đảm bảo số lượng hạt cần thiết trong lỗ đĩa (1 hạt) nhưng nó lại tác động vào hạt nên hạt có nguy cơ bị dập, vỡ hoặc giảm tỷ lệ nảy mầm của hạt. Do đó, cần phải nghiên cứu xác định ảnh hưởng của lực tác động của lưỡi gạt phân ly đến hạt, trong các trường hợp như đã trình bầy ở trên.
- TH1: Trong lỗ có hai hạt nằm chồng lên nhau
Dời lực Ppl trong hình 4.8a về điểm A, nếu bỏ qua trọng lượng của hạt ta có lực tác động lên hạt đậu tương bao gồm các lực Ppl, Npl, Fmspl và mơ men Mpl (hình 4.9a). Chiếu các lực lên hệ tọa độ Axy, ta có các phương trình:
{
∑ ∑
trong đó:
Npl là phản lực pháp tuyến của thành lỗ lên hạt. Điều kiện để hạt không bị hư hỏng là Npl phải nhỏ hơn lực phá hủy hạt Phh (Phh = 50 N được xác định bằng thực nghiệm). Từ cơng thức 4.30b, ta có:
74
Trong thực tế lực phân ly hạt sẽ nhỏ hơn nhiều so với giá trị này, vì khi lưỡi gạt bắt đầu tiếp xúc thì hạt đã bị gạt ra khỏi lỗ.
Từ cơng thức 4.30a, ta có: . Vì chiều cao vát mép bằng chiều dài vát mép, tức β = 450
và hệ số ma sát f = 0,58 < 1 nên điều kiện này ln đảm bảo.
a) Có 2 hạt trong lỗ b) Có một hạt trong lỗ
Hình 4.9. Sơ đồ lực tác dụng lên hạt
- TH2: Trong lỗ chỉ có một hạt
Theo kết quả phân tích trong điều kiện giữ hạt, lỗ đĩa mang hạt dần đi qua lưỡi gạt và lực tác dụng của lưỡi gạt lên hạt sẽ tăng lên. Thời điểm hạt chịu tải trọng lớn nhất là khi lực phân ly vng góc với mặt phẳng đĩa cố định như trong hình 4.9b. Lực tác dụng lên hạt bao gồm: lực ép của lưỡi gạt Ppl, phản lực của lỗ đĩa Nl (coi ln vng góc với trục đứng của hạt), phản lực của đĩa cố định Nđ và các lực ma sát với lưỡi gạt Fms1 và với đĩa cố định Fms2, các lực này có xu hướng gây cắt, tách và dập hạt. Ta có hệ phương trình: { ∑ ∑ với: sinγ = Δvm/(dh/2).
Điều kiện để lực phân ly không làm ảnh hưởng đến chất lượng nảy mầm của hạt là Ppl ≤ Phh. Theo kết quả nghiên cứu thực nghiệm, khi chịu lực nén hạt đậu tương cũng biến dạng δh (mm). Gọi biến dạng nén của lưỡi gạt δpl (mm), ta có phương trình xác định độ cứng quy đổi của lưỡi gạt:
75 ( )
Với hạt có kích thước lớn nhất (dhmax), ta được: Kpl ≤ 21,28 N/mm.
Kết quả phân tích cho thấy:
+ Để khơng làm ảnh hưởng đến chất lượng hạt thì yêu cầu lực tác động của lưỡi gạt lên hạt phải nhỏ hơn lực gây hư hỏng hạt, Ppl ≤ Phh = 50 N.
+ Lưỡi gạt phải có độ cứng quy đổi Kpl ≤ 21,28 N/mm để khi tác động vào hạt thì biến dạng chủ yếu là biến dạng của lưỡi gạt và tránh gây hư hỏng hạt.
4.1.5. Mơ hình tốn xác định khả năng nhả hạt của đĩa gieo
Hình 4.10. Sơ đồ xác định vị trí nhả hạt
Lỗ đĩa gieo mang hạt đi vào buồng nhả hạt, tại đây khi lỗ đĩa và lỗ trên đĩa cố định trùng nhau thì việc nhả hạt sẽ xảy ra. Tuy nhiên, cần xác định kích thước (chiều dài) của lỗ cố định để không xảy ra hiện tượng cắt hạt do hạt chưa rơi hết chiều cao của đĩa gieo mà lỗ đĩa đã đi qua lỗ cố định, nếu hiện tượng này xảy ra thì hiện tượng khơng lấy được hạt của lỗ đĩa đó trong lần lấy hạt kế tiếp có thể sẽ khơng thực hiện được (do một phần của hạt vẫn nằm trong lỗ). Ngoài ra, trong nhiều trường hợp lỗ đĩa có thể bị kẹt do các hạt chèn ép trong lỗ hoặc thì cần phải có các giải pháp kỹ thuật khác nhằm tăng khả năng nhả hạt - cưỡng bức nhả hạt.
76
Để đảm bảo các hạt đều có thể rơi khỏi lỗ đĩa xuống lỗ cố định thì việc tính tốn cần xem xét trong trường hợp khó rơi nhất, tức là trong trường hợp hạt có kích thước lớn nhất (dhmax) và vận tốc của đĩa gieo là lớn nhất (vlđmax).
Coi vị trí bắt đầu nhả hạt là khi lỗ đĩa hồn toàn trùng với lỗ cố định, như vậy chuyển động của hạt bao gồm chuyển động kéo theo đĩa với vận tốc Vlđ và chuyển động rơi tự do và yêu cầu hạt phải rơi hết chiều dầy đĩa gieo trước khi lỗ đĩa bắt đầu ra khỏi lỗ cố định. Để giảm chiều cao rơi tự do của hạt thì khe hở e (mm) giữa đĩa gieo và đĩa cố định càng lớn càng tốt, tuy nhiên theo điều kiện giữ hạt thì chiều dầy của đĩa lại giảm nên khó khăn trong chế tạo, lắp ghép và ổn định của đĩa khi làm việc, mặt khác khe hở e lớn thì các hạt nhỏ trong lỗ đĩa lại có khả năng chui vào khe hở nên khe hở giữa đĩa gieo và đĩa cố định được chọn bằng 1 mm (e = 1 mm) và vát mép lỗ (Δvm = 1 mm) để tăng khả năng thoát hạt (yêu cầu: e + Δvm ≤ dhmin/2).
* Phương trình chuyển động của hạt:
Tương tự như bài tốn lấy hạt, phương trình chuyển động của hạt khi rơi vào lỗ cố định như hệ phương trình 4.23, ta có chiều dài lỗ cố định được xác định theo công thức:
√ ( )
trong đó:
dlđ là đường kính lỗ đĩa, dlđmax = 10 mm
vlđ là vận tốc lỗ đĩa, vlđmax = 0,308 m/s (theo điều kiện lấy hạt) dh là kích thước lớn nhất của hạt, dhmax = 7,7 mm
Thay số vào cơng thức 4.33, ta có: Scđ ≥ 32,2 mm (ứng với vận tốc lỗ đĩa lớn nhất theo điều kiện lấy hạt vlđmax, đường kính lỗ đĩa lớn nhất dlđmax và hạt có kích thước dhmax), để đảm bảo an toàn cho hạt cần chọn Scđ tăng lên và có thể bố trí thêm lưỡi ấn để tác động nhả hạt cưỡng bức đối với các hạt bị kẹt.
* Trường hợp các lỗ bị kẹt:
Hạt có thể bị kẹt trong lỗ đĩa do hạt có kích thước lớn hơn lỗ đĩa hoặc có hai hạt chèn ép lên nhau như hình 4.11. Nếu hiện tượng này xảy ra thì sẽ dẫn đến mất khoảng và có thể lặp đi lặp lại, do đó cần phải cưỡng bức nhả hạt bằng lưỡi ấn
77
khi lỗ đĩa còn nằm trong lỗ cố định. Với kết quả tính tốn và thí nghiệm thì vị trí đặt lưỡi ấn là giữa lỗ cố định, vì tại đây lưỡi ấn sẽ khơng tác vào các hạt rơi tự do mà chỉ tác động vào các hạt bị kẹt và vẫn còn thời gian để các hạt bị kẹt rơi qua đĩa gieo.
Hình 4.11. Hiện tượng kẹt hạt trong lỗ 4.1.6. Đĩa cố định và ống dẫn hạt 4.1.6. Đĩa cố định và ống dẫn hạt
* Đĩa cố định:
Hình 4.12. Cấu tạo đĩa cố định
Đĩa cố định có nhiệm vụ như là một cái khung để lắp các chi tiết của bộ phận gieo hạt nên u cầu phải cứng vững và có kích thước theo u cầu của các chi tiết lắp trên nó. Với các kết quả tính tốn và chọn đường kính của đĩa gieo thì đường kính của đĩa cố định dcđ (mm) chọn là 270 mm, có chiều dầy δcđ (mm) là 6 mm, chọn thành đĩa có chiều cao htđ (mm) là 50 mm để lắp thùng và buồng nhả hạt. Trên đĩa cắt 2 lỗ (lỗ cố định) để hạt trên đĩa gieo rơi qua với chiều dài lỗ Slcđ (mm) là 50 mm và chiều rộng Blcđ (mm) là 25 mm. Cấu tạo đĩa cố định được cho trong hình 4.12.
78
* Ống dẫn hạt:
Ống dẫn hạt được lắp dưới lỗ của đĩa cố định, kích thước phần lắp với đĩa cố định bằng kích thước của lỗ cố định Slcđ (mm) và thu lại tới đường kính d0. Điểm cuối của ống được đặt sát với trụ rạch hàng để tránh hiện tượng rãnh bị lấp khi hạt chưa được gieo. Sự phân tán theo phương ngang của luống phụ thuộc vào bề rộng rãnh và kích thước ống nhả hạt, do đó cùng với các kết quả nghiên cứu ở trên và để thuận lợi cho các khâu sau, chọn ống là trụ trịn có đường kính trong d0 = 40 mm. Tuy nhiên, để đảm bảo khoảng cách hạt gieo thì một vấn đề đặt ra là trong quá trình hạt di chuyển trong ống, cần hạn chế sự va chạm của hạt vào thành ống. Do đó, cần phải nghiên cứu xác định quỹ đạo của hạt khi rơi làm cơ sở xác định hình dáng của ống và vị trí đặt ống dưới đĩa cố định.
Gọi T là điểm đặt tâm ống, T cũng là trọng tâm của hạt khi rơi ra khỏi đĩa gieo. Chuyển động của hạt vào ống dẫn được mô tả bằng sơ đồ động như hình 4.13, coi chuyển động của hạt là chuyển động của chất điểm có quỹ đạo là đường cong Parabol không gian. Tọa độ của hạt (xh, yh, zh) ở một điểm bất kỳ được xác định theo hệ phương trình 4.34: Hình 4.13. Sơ đồ xác định điểm đặt ống dẫn hạt { ( ) ( )
79
Có thể thấy quỹ đạo chuyển động của hạt phụ thuộc vào các yếu tố: vận tốc của hạt khi ra khỏi lỗ đĩa vh (vh = vlđ), chiều cao rơi hr (mặt đĩa cố định đến mặt rãnh), vận tốc tiến của LHM vm, vị trí lỗ cố định (điểm đặt ống) và bề rộng
hàng kép bk. Kết quả tính tốn khi lấy xh= bk/2 = 75 mm và zh = hr = 500 mm, vận tốc hạt khi ra khỏi lỗ đĩa vh = 0,308 thì vị trí đặt ống dẫn hạt là = 21051’.
Như vây, quỹ đạo chuyển động của hạt trong ống là đường cong Parabol không gian. Để đảm bảo khoảng cách hạt trên hàng thì cần hạn chế sự vao chạm của hạt vào thành ống. Do đó, ngồi việc để vị trí ống dẫn hạt đúng vị trí thì cần giữ tốc độ của LHM ổn định, đồng thời hạn chế dao động máy.
4.2. MƠ HÌNH TỐN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA BỘ PHẬN BÓN PHÂN
Lượng phân ra khỏi cửa xả của thùng phụ thuộc vào diện tích cửa xả, hình dạng và cơ tính của phân, nhưng cũng phụ thuộc vào lượng phân mà trục cuốn lấy đi. Nếu lượng phân mà trục cuốn lấy đi nhỏ hơn lượng phân mà cửa xả có thể cung cấp thì lượng phân qua cửa xả của thùng cũng chỉ bằng lượng phân trục cuốn