Phần 5 Kết luận và kiến nghị
3.4.Xác định góc ma sát
+ Cách 2 (Dùng lực kéo): Cho thanh AB ở vị trí nằm ngang (hình 3.4b), tăng dần khối lượng quả cân m trên móc đến khi mẫu thí nghiệm bắt đầu chuyển động thì dừng lại.
Gọi R là là lực kéo trên dây do trọng lượng của quả cân: R = m.g (N) Điều kiện để mẫu thí nghiệm chuyển động:
R ≥ Fms = Q.f = mTN.g.f 3.4 Hệ số ma sát được xác định theo công thức:
3.2.5.3. Phương pháp xác định lực nén gây hư hỏng hạt giống
Khi bộ phận gieo làm việc, dưới tác động của các chi tiết máy hay lực chèn ép của khối hạt mà hạt đỗ tương có thể bị hư hỏng như bị ép dập, bị bong tróc vỏ, bị tách hạt,... làm giảm hoặc mất khả năng nảy mầm của hạt. Việc nghiên cứu xác định lực nén gây hư hỏng hạt giống cũng là một trong các cơ sở để lựa chọn kết cấu và thiết kế các bộ phận gieo.
Công cụ nén được sử dụng trong nghiên cứu này được sơ đồ hóa trong hình 3.5. Vật liệu dạng hạt được điền vào thùng chứa có chiều dài, chiều rộng và chiều cao 400x100x300 mm. Chiều cao ban đầu của môi trường hạt là 280 mm, với hơn 47000 hạt. Ở trên cùng của thùng, đặt một tấm nén, nó có thể di chuyển tự do theo hướng dọc (trục z). Một lực được tác dụng vào tấm nén, nó nén đồng đều mơi trường hạt dưới một tải không đổi. Lực nén là một lực không đổi tác dụng vào các hạt. Thiết kế thử nghiệm như trên hình cho phép mơ tả đặc tính truyền lực cục bộ trong môi trường dạng hạt khi nén bằng phương pháp DEM số.
48
Hình 3.5. Sơ đồ hóa quá trình nén khối hạt
Hình 3.6. Mơ hình nén gây hư hỏng hạt
Lực nén ép gây dập hư hỏng hạt giống cũng được xác định bằng phương pháp ép hạt giống trên máy kéo nén Shimadzu AGS-20kNG tại phịng thí nghiệm Cơ học ứng dụng, khoa Cơ – Điện. Cách xác định như sau: đặt 3 hạt vào các đỉnh của tam giác đều trên tấm thép, trên mâm cặp của máy kéo nén kẹp tấm thép tương tự, hiệu chỉnh lực kéo về không, bật máy cho các tấm ép hạt (lực ép lên các hạt coi là như nhau và bằng 1/3 tổng lực ép), lấy hạt ra quan sát và đo biến dạng của hạt, gieo hạt để xác định ảnh hưởng bằng tỷ lệ nảy mầm (gieo 100 hạt chịu cùng một lực nén). Nếu tỷ lệ không nảy mầm của hạt lớn hơn 10% so với hạt khơng chịu nén thì coi như lực nén gây ảnh hưởng đến khả năng nảy mầm của hạt và ngược lại.
49
3.2.5.4. Phương pháp xác định tham số trong nghiên cứu ổn định
Trong nghiên cứu về ổn định của máy, ngồi các thơng số về độ cứng và hệ số giảm chấn của các phần tử đàn hồi như của lốp xe, nền đường, các cầu xe thì khối lượng và mơ men qn tính khối lượng của máy là các thông số ảnh hưởng đến q trình dao động của LHM. Do đó, để có thể xác định ảnh hưởng của dao động do mấp mô mặt đồng đến chất lượng làm việc của LHM thì cần xác định trước các tham số này.
Khi làm việc máy GBĐ có thể liên kết sau các loại máy kéo khác nhau. Do đó, các tham số trong mơ hình nghiên cứu ổn định của LHM cũng mang tính chất gần đúng, có thể xác định theo nhiều cách khác nhau: Phương pháp thí nghiệm; Tham khảo tài liệu và sử dụng số liệu của các máy có cấu tạo tương tự hoặc Dùng thuộc tính Physical trong các phần mền thiết kế hiện đại (Autodesk Inventor, Solid work,...).
Hiện nay, để thí nghiệm xác định mơ men qn tính khối lượng của vật thể nói chung, máy kéo và máy GBĐ nói riêng có thể thực hiện theo 2 cách: phương pháp treo hai dây và phương pháp lò xo. Cho vật thể dao động quanh trục đi qua trọng tâm để xác định tần số dao động, khi biết khối lượng, kích thước theo các phương sẽ xác định được mơ men qn tính khối lượng của vật thể đó.
* Đối với máy kéo: tác giả sử dụng máy kéo Kubota L4508VN, các thông số về khối lượng, kích thước đã được cho trong sách hướng dẫn sử dụng máy do nhà sản xuất cung cấp. Các thông số như độ cứng, hệ số giảm chấn của các phần tử đàn hồi và mơ men qn tính khối lượng của máy kéo chưa được nghiên cứu, ở đây tác giả sử dụng phương pháp tham khảo tài liệu của các máy kéo khác có đặc điểm kỹ thuật tương đương. Một số thông số của máy kéo đang sử dụng ở nước ta cho trong bảng 7P của phụ lục (Lê Minh Lư, 2002).
* Đối với máy GBĐ: các kích thước, khối của máy được đo đạc và cân trực tiếp. Mơ men qn tính khối lượng của máy GBĐ được xác định bằng thuộc tính Physical trong phần mền Autodesk Inventor sau khi thiết kế, chọn vật liệu và lắp giáp, máy có khối lượng tương đương máy thực tế.
50
3.2.6. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố và đa yếu tố
Hình 3.7. Sơ đồ ảnh hưởng của các thơng số vào đến hàm chỉ tiêu
Trong quá trình gieo hạt và bón phân cho đậu tương có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng và chất lượng làm việc của các bộ phận làm việc chính: đối với bộ phận gieo có các yếu tố về hình học như chiều dầy đĩa gieo và đường kính lỗ đĩa, yếu tố về động học như tốc độ quay của đĩa gieo; đối với bộ phận bón phân cũng có các yếu tố hình học và động học như kích thước của cửa xả cấp liệu và tốc độ quay của trục cuốn,... Tốc độ quay các bộ phận trong các thí nghiệm được thay đổi bằng cách thay đổi tốc độ động cơ thông qua việc điều chỉnh tần số của biến tần, có sơ đồ dẫn động như hình 3.8. Thơng số kỹ thuật của các thiết bị đo cho trong bảng 1P của phụ lục.
Hình 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 q trình di chuyển hạt trong lỗ chịu tác động rung động của máy do mấp mô mặt đồng, hạt bị văng ra ngồi lỗ. Đối với ngun 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 cơng 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 mô 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 công 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 không 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