Nguồn động lực chỳng tụi lựa chọn là mỏy cắt bờ tụng nú cú cụng suất lớn nhưng trọng lượng nhẹ, tốc độ cắt lớn rất phự hợp với cỏc thiết bị cầm tay.
Mụ men quay từ trục cơ của động cơ truyền qua cụn và truyền chuyển động đến dõy đai, qua bộ truyền dõy đai là đĩa thộp quay. Trờn đĩa thộp cú lắp cỏc dao cắt, dao cắt này quay xung quanh trục của nú. Khi chuyển động dao cắt gồm hai chuyển động là quay cựng với đĩa thộp hai là quay xung quanh trục của nú tạo ra sung lực. Khi cho dao tiếp xỳc với đất thỡ xung lực của dao biến thành lực cắt, do thời gian va chạm ngắn nờn lực cắt tăng lờn rất lớn, trờn dao cắt cú lưỡi cắt hỡnh nờm (giống lưỡi cuốc đất thủ cụng), với lực cắt lớn làm cho lưỡi cắt ăn sõu vào đất phỏ vỡ kết cấu của đất đồng thời cựng với chuyển động của đĩa thộp lưỡi cắt của dao cắt tiến hành bẩy đất để phỏ vỡ kết cấu đất và kộo đất đi cựng dao cắt, một phần đất sau bị cắt tung lờn cựng chuyển động của dao cắt. Mỗi một vũng quay của đĩa thộp thực hiện một quỏ trỡnh cắt. Nếu chỳng ta tiếp tục cho dao cắt ăn sõu vào đất chỳng ta được hố cắt theo yờu cầu. Đất sau khi cắt được dao cắt đưa ra khỏi hố.
Từ mụ hỡnh của thiết bị đó được trỡnh bày trờn chỳng tụi cần giải quyết cỏc vấn đề sau:
- Nguyờn lý cắt, cỏc yếu tố ảnh hưởng đến quỏ trỡnh cắt;
- Tớnh toỏn lực cắt, lực cản cắt, khảo sỏt cỏc yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt
- Tớnh toỏn cỏc thụng số của hệ thống cắt, cỏc thụng số tối ưu của hệ thống cắt
- Rung động của thiết bị trong quỏ trỡnh cắt ảnh hưởng của rung động tới sức khoẻ cụngnhõn;
- Cụng suất của động cơ, kết cấu của thiết bị;
2.2. Phương phỏp nghiờn cứu.
2.2.1. Phương phỏp nghiờn cứu lý thuyết.
Phương phỏp nghiờn cứu lý thuyết trong Đề tài là ỏp dụng phương phỏp nghiờn cứu của lý thuyết cắt đất, cơ học đất, lý thuyết va chạm, cơ học mỏy và dao động trong kỹ thuật. Nội dung của phương phỏp này cú thể túm tắt như sau:
Từ quỏ trỡnh làm việc của thiết bị lập ra sơ đồ tớnh toỏn, sử dụng lý thuyết cơ học để lập ra cỏc phương trỡnh tớnh toỏn lực cắt, hệ số cẳn cắt, Cỏc phương trỡnh dao động của thiết bị. Từ đú khảo sỏt sự phụ thuộc của cỏc đại lượng nghiờn cứu vào cỏc thụng số ảnh hưởng để đưa ra kết luận cần thiết. Nội dung của phương phỏp này được trỡnh bày trong cỏc tài liệu[13]; [17]; [20]; [40].
2.2.2. Phương phỏp nghiờn cứu thực nghiệm.
Phương phỏp đo cỏc đại lượng nghiờn cứu trong Đề tài được thực hiện theo phương phỏp đo cỏc đại lượng khụng điện bằng điện. Nội dung của phương phỏp này cũng như việc xử lý số liệu được trỡnh bày trong cỏc tài liệu [14]; [22]; [38].
Việc tổ chức thớ nghiệm xỏc định chi phớ năng lượng riờng và hệ số cản cắt của cỏc loại đất được tiến hành theo phương phỏp thống kờ toỏn học và phương phỏp kế hoạch hoỏ thực nghiệm. Việc lập kế hoạch và tổ chức thực nghiệm cũng như việc xử lý cỏc số liệu thớ nghiệm được trỡnh bày rừ trong tài liệu [16];[18]; [25]; [35]; [41]. Do vậy ở đõy cũng chỉ trỡnh bày việc ỏp dụng cỏc kết luận đú vào cỏc bài toỏn cụ thể của đề tài.
Việc ỏp dụng cỏc phương phỏp nghiờn cứu nờu trờn sẽ được trỡnh bày cụ thể ở cỏc chương tiếp theo khi tiến hành nghiờn cứu từng nội dung.
Chương 3
CƠ SỞ Lí THUYẾT TÍNH TỐN MÁY TẠO HỐ TRỒNG CẨYTRấN ĐẤT DỐC TRấN ĐẤT DỐC
Như đó phõn tớch ở chương 1. Hiện nay cỏc thiết bị tạo hố trồng cõy chủ yếu là sử dụng bằng phương phỏp khoan hố. Việc tớnh toỏn cỏc loại thiết bị này dựa vào nguyờn lý khoan đất. Cỏc thiết bị trờn khụng phự hợp trờn đất dốc. Để tạo ra thiết bị mới đỏp ứng yờu cầu là chi phớ năng lượng riờng nhỏ, trọng lượng mỏy nhẹ, năng suất cao chỳng tụi thiết kế mỏy theo nguyờn lý dạng bỳa.
Để cú cơ sở cho việc tớnh toỏn thiết kế mỏy chỳng tụi phải xõy dựng cơ sở lý thuyết tớnh toỏn lực cắt, hệ số cản cắt, cỏc thụng số hỡnh học của dao cắt, ảnh hưởng của cỏc thụng số đến lực cắt và chi phi năng lượng riờng.
Phương phỏp chung để nghỉờn cứu nội dung này là dựa vào nguyờn lý vađập trong Cơ học, nguyờn lý cắt đất, nguyờn lý tớnh toỏn mỏy canh tỏc.Để từ đú lập ra cỏc mụ hỡnh cơ học xỏc định lực tương tỏc giữa dao cắt với đất. Sử dụng phương phỏp giải tớch để lập cỏc biểu thức quan hệ động học và động lực học của dao cắt trong quỏ trỡnh chuyển động, thiết lập biểu thức tớnh lực cắt đất, lực tỏc dụng của đất lờn dao cắt, sau đú khảo sỏt cỏc biểu thức lập được để xỏc định cỏc yếu tố ảnh hưởng đến cỏc đại lượng nghiờn cứu.
3.1. Khỏi quỏt về quỏ trỡnh cắt đất.
3.1.1. Đặc điểm của quỏ trỡnh cắt đất.
Cắt đất là quỏ trỡnh cắt phức tạp, trong đú nhờ lực tỏc dụng trực tiếp của lực cắt mà phụi (đất) được phõn chia nhằm tạo ra sản phẩm cú hỡnh dạng và kớch thước nhất định. Đất là vật liệu cú cấu tạo phức tạp khụng đồng nhất và khụng đẳng hướng, nờn trong quỏ trỡnh cắt đất cú một số đặc điểm sau:
- Thành phần cấu tạo đất là khụng đồng nhất, trong đất cú hạt sỏi to, hạt sỏi nhỏ, đất lẫn đỏ , cỏ, rễ cõy... Với những đặc điểm này làm cho lực cắt thay đổi rất lớn dẫn đến cụng suất của động cơ tăng lờn rất nhiều, từ đú động cơ cú thể bị quỏ tải. Mặt khỏc khi lực cắt tăng lờn tạo ra xung lực lớn tỏc động lờn tay người điều khiển gõy ra hiện tượng rung động. Từ đú làm cho cụng nhõn vận hành thiết bị
chúng bị mệt mỏi, làmảnh hưởng đến năng suất lao động. Điều này cần phải nghiờn cứu ra phương phỏp cắt khi gặp đỏ, rễ cõy mà lực cắt khụng tăng động cơ khụng bị quỏ tải.
- Đất cú cấu tạo hạt, tớnh kết dớnh thấp nờn ứng suất kộo, ứng suất trượt rất nhỏ so với ứng suất nộn, ứng suất cắt, điều này cần phải nghiờn cứu ra phương phỏp cắt lợi dụng được ứng suất kộo, ứng suất trượt của đất, hạn chế tạo ra ứng suất nộn.
- Thành phần hoỏ học của đất cú Ốxit Silich(So2) ở trong cỏt, cú đỏ sỏi,...từ đú làm cho lưỡi cắt nhanh bị mài mũn, đặc điểm nàyảnh hưởng đến việc tớnh toỏn thụng số của gúc mài, gúc cắt, vật liệu chế tạo lưỡi cắt, độ cứng vững của lưỡi cắt.
3.1.2. Cỏc dạng cắt đất trong khõu làm đất trồng rừng.
Cơ giới hoỏ làm đất trồng rừng hiện nay ở Việt Nam và trờn thế giới được phõn ra cỏc dạng cắt sau:
- Cắt đất theo phương phỏp cày (cày ngầm, cày lật đất). - Cắt đất dạng phay ( chủ yếu sử dụng trong chăm súc rừng)
- Cắt đất ở dạng khoan hố (Cỏc mỏy khoan hố cầm tay và lắp sau mỏy kộo). - Cắt đất ở dạng bỳa.
Trong cỏc dạng cắt đất trờn thỡ cắt đất theo phương phỏp cày, phay đất đó được đề cập kỹ trong tài liệu “ Mỏy canh tỏc nụng nghiệp”[27], cắt đất theo phương phỏp khoan hố đóđược đề cập trong cỏc cụng trỡnh nghiờn cứu [30]; [42]. Cũn cắt đất ở dạng bỳa là phương phỏp cắt đất mới được ỏp dụng trong tớnh toỏn thiết kế mỏy tạo hố trồng cõy mà đề tài này mới đề suất, cỏc tài liệu, cỏc nghiờn cứu về phương phỏp này chưa cú. Sau đõy chỳng tụi phõn tớch, tớnh toỏn nguyờn lý của phương phỏp cắt đất ở dạng bỳa.
3.2. Nguyờn lý cắt đất ở dạng bỳa.
Cắt đất ở dạng bỳa là dựa vào nguyờn lý dựng động năng của dao cắt tỏc dụng xuống đất với xung lực lớn làm lưỡi cắt cắm sõu vào đất, sau đú dựng mụ men bẩy thỏi đất tỏch ra khỏi phụi, đất sau khi tỏch ra được dao cắt kộo đi. Để tạo được nguyờn lý cắt như trờn chỳng tụi tiến hành xõy dựng cơ sở động lực học của hệ thống cắt đất dạng bỳa như sau:
3.2.1. Sơ đồ cấu tạo của hệ thống cắt đất dạng bỳa.
-Sơ đồ động học của hệ thống cắt đất dạng bỳa được thể hiện trờn hỡnh 3.1
Hỡnh 3.1: Cấu tạo của hệ thống cắt đất dạng bỳa.
1. Đĩa thộp 2. Dao cắt 3. Lưỡi dao cắt
Cấu tạo hệ thống cắt rất đơn giản bao gồm một đĩa thộp cú đường kớnh giữa hai trục để lắp dao là D. Đĩa thộp lắp trờn một trục, trục nhận chuyển động quay từ động cơ qua bộ truyền hoặc nối trực tiếp. Trờn đĩa thộp cú gắn trục để lắp dao cắt, cú thể lắp 2,4,6 dao cắt tuỳ theo. Dao cắt chuyển động tươngđối xung quanh điểm 01. Trờn đĩa thộp cú lắp lưỡi cắt cú cỏc thụng số:α;- gúc sau;β:- gúc mài; : gúc cắt. ( hỡnh 3.1b).
3.2.2. Nguyờn lý cắt đất ở dạng bỳa.
Dựa vào cấu tạo và chuyển động của hệ thống, quỏ trỡnh cắt đất được chia thành 5 giai đoạn sau: