2.3. Cơ sở lý thuyết tính tốn hệ thống cắt đất
2.3.1. Nguyên lý cắt đất dạng búa
a) Cấu tạo của hệ thống cắt đất dạng búa
D
o D
l o1
α
Hình 2.3: (Ca)ấu tạo của hệ thống cắt đất dạ(nb)g búa
1- Đĩa thép để lắp dao cắt; 2- Dao cắt; 3- Lưỡi dao cắt; α- Góc sau dao cắt; β- Góc mài dao cắt; - Góc cắt dao cắt.
b) Nguyên lý cắt đất ở dạng búa
Dựa vào cấu tạo và chuyển động của hệ thống, quá trình cắt đất được chia thành 3 giai đoạn sau:
- Giai đoạn 1: Dao cắt chuyển động ở trên không chưa tiếp xúc với đất; do lực ly tâm nên phương của dao cắt trùng với đường kính đi qua hai trục lắp dao. Dao cắt chuyển động quanh điểm O, với số vịng quay n, vận tốc góc ω, dao cắt dữ trữ một động năng lớn (hình 2.4).
- Giai đoạn 2: Cắt đất : Dao cắt tiếp xúc với đất (cắt đất) khi cho dao cắt tiếp xúc với đất với động năng lớn tại mũi dao xảy ra xung lực va chạm lớn. Với kết cấu mũi dao có độ sắc nhất định, thời gian va chạm ngắn nên lực cắt rất lớn, mũi dao sẽ cắm sâu vào đất (hình 2.4a). Kết thúc giai đoạn này đất
trong nhát cắt bị vỡ kết cấu (do ứng suất tại mọi điểm trong nhát cắt đã vượt quá giới hạn cho phép).
- Giai đoạn 3: Kéo văng đất: Khi điểm O2 di chuyển đến O3 theo quan hệ động học thì dao cắt chuyển động tịnh tiến, trong qua trình chuyển động dao cắt kéo theo lượng đất máy vừa tạo ra. Như vậy, đất sau khi cắt ra được kéo văng lên (hình 2.4b).
Hình 2.4: Nguyên lý cắt đất dạng búa
Nhận xét: Từ q trình phân tích ngun lý cắt đất dạng búa ở trên có
một số nhận xét sau:
- Lợi dụng được động năng của dao cắt tạo ra xung lực lớn để phá vỡ kết cấu của đất. Từ đó chi phí năng lượng riêng cho q trình cắt thấp, dẫn đến nguồn động lực khơng cần phải có cơng suất lớn, nên giảm trọng lượng của thiết bị và tăng năng suất của máy.
- Lợi dụng được cánh tay đòn của dao cắt để bẩy đất nên tốn rất ít lực. Mặt khác cũng lợi dụng được ứng suất tách rất nhỏ của đất để tách thỏi đất ra khỏi nền đất (giai đoạn 3 bẩy và tách đất).
- Năng suất cắt của hệ thống phụ thuộc vào số vòng quay của động cơ, số dao lắp trên đĩa, càng nhiều dao thì năng suất càng lớn, để giảm cơng suất động cơ thì ta phải tính tốn sao cho một thời điểm chỉ có một dao cắt làm việc.
- Khi gặp đá, gặp rễ cây, gốc cây thì lực cắt tăng lên đột ngột. Nếu lực cắt do dao cắt tạo ra nhỏ hơn lực cản cắt thì dao cắt khơng ăn vào đất, nhưng do dao cắt chuyển động quay quanh điểm O1 nên công suất của động cơ không ảnh hưởng. Đây là đặc điểm quan trọng của phương pháp cắt đất dạng
búa, nó đã giải quyết được khó khăn lớn nhất trong việc cắt đất tại chỗ để phun vào đám cháy, mặt khác khi cắt phải đất có đá, rễ cây thì động cơ khơng bị q tải. Cịn đối với các dạng cắt khác nếu gặp đá, gốc cây thì động cơ quá tải dẫn đến hỏng hệ thống cắt, hoặc hỏng động cơ.
- Nhược điểm lớn nhất của phương pháp này đó là: Rung động của thiết bị lớn do va đập giữa dao cắt và đất. Để hạn chế lực kích động gây rung cần phải nghiên cứu các thông số hệ thống cắt đất sao cho lực cản cắt là nhỏ nhất, từ đó gia tốc rung là nhỏ nhất. Mặt khác để khắc phục nhược điểm này luận án đưa ra các giải pháp chống rung cho thiết bị.