Chương 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.4. Thiết lập công thức tính toán lực cắt cỏ rác
Với xung lượng của dao khi va đập vào đất được xác định như biểu thức (3.15) thì đất bị phá vỡ kết cấu do tải động. Có thể xem nền đất là tấm đàn hồi đặt trên nền cố định chịu va chạm với tải trọng SA và vận tốc va chạm là vận tốc đầu dao A ngay trước thời điểm va chạm: vA = (R0+l)ω.
S 1.0
9/16 1/3
1/16
l/4 l/2 3l/4 SA
L
Lực cắt cỏ rác và đất trong va chạm này được xác định theo công thức tính tải trọng động khi va chạm ngang:
Pmax P kt. d (3.20) Trong đó: Pt SA/t1; d
. k v
g t
Kd- hệ số va chạm động Với: v - vận tốc va chạm: vvA R0l
t1: - Thời gian va chạm.
Từ đó, lực cắt cỏ rác và đất khi va chạm là:
Pmax= SA 1
1 kd
t (3.21)
Thay xung lực SA tính theo công thức (3.15) vào công thức (3.21) ta có lực cắt đất trong quá trình va chạm là:
Pmax=SA .
1
1 kd
t (3.22)
Trong đó: t1- thời gian va chạm. Thời gian va chạm được tính theo công thức sau:
1
t h
v (3.23) Trong đó: h- chiều sâu lưỡi cắt đi xuống cỏ rác và đất (m).
Nhận xét: Từ công thức (3.22) ta có nhận xét sau:
- Thời gian va chạm rất ngắn nên lực cắt Pmax là rất lớn, cùng với hệ số động Kđ, từ đó làm cho lưỡi cắt đi sâu xuống đất, nên năng suất cắt rất cao, từ đây cho thấy có thể giảm được công suất động cơ mà năng suất cắt vẫn lớn.
- Quá trình cắt dạng búa là rất phức tạp, có nhiều thông số đồng thời tham gia vào quá trình cắt. Công thức tổng quát tính lực cắt theo phương pháp cắt dạng búa (3.22) đã bao hàm các hệ số ảnh hưởng của các yếu tố, các hệ số
này khác nhau nên ảnh hưởng cũng khác nhau. Quy luật ảnh hưởng của các yếu tố đến lực cắt được thể hiện trong công thức (3.22), kết quả tìm quy luật ảnh hưởng là căn cứ để lựa chọn các thông số của hệ thống cắt và công suất động cơ.
3.4.2. Chuyển động của dao cắt trên bề mặt đất.
Sau thời điểm va đập, chốt O1 vẫn chuyển động quay quanh O, nó kéo dao chuyển động theo làm cho dao có chuyển động song phẳng: quay tương đối quanh O1 và chuyển động theo cùng chốt O1.
Trong chuyển động tương đối quanh O1, do có lực quán tính của khối tâm C nên có xu hướng quay thuận kim đồng hồ (hình 3.9) làm cho mũi dao A luôn tỳ sát lên mặt đất. Ta có thể tính được áp lực NA theo phương trình cân bằng mômen trong chuyển động tương đối:
A 1 qtsin sin
N O C F P
l
(3.24)
Khi ; 0
2
ở vị trí thấp nhất, áp lực lớn nhất của dao lên mặt đất được tính theo công thức sau: Nmax O C1 Fqt P
l
(3.25)
Hình 3.9: Sơ đồ tính áp lực của dao cắt lên mặt đất 3.4.3. Công suất động cơ cho hệ thống làm băng cách ly đám cháy
Trong trường hợp có nhiều dao cắt cùng làm việc thì công suất động cơ bao gồm công suất cắt cỏ rác và đất, công suất bẩy và tách đất, công suất kéo cỏ rác và đất và công do ma sát của dao trên mặt đất. Công suất của động cơ được tính như sau:
Nđc= n (Ncd + Nb + Nk + Nms ) (3.26)
o
N Fqt p Fqt
o o1
A A C
Trong đó: n - số dao cắt đồng thời tham gia quá trình cắt Ncd - Công suất cắt cỏ rác và đất
Nb - Công suất bẩy và tách đất Nk - Công suất kéo cỏ rác và đất Nms - Công suất do ma sát dao với đất
Công suất cắt đất được tính như sau
Ncd = Pmax. (R0 +l) (3.27) Công suất bẩy và tách đất được tính như sau:
Nb = F1 ( R0 +l). (3.28) Trong đó: F1 - Lực sinh ra mômen bẩy tại điểm 01.
Công suất để kéo cỏ rác và đất được tính như sau:
Nk = b.h..γ. .( R0+l) (3.29) Trong đó: b - Bề rộng lưỡi cắt (m);
h - Chiều sâu lưỡi cắt ăn vào đất (m);
γ - Trọng lượng riêng của đất (kg/m3 );
- Chiều dài vết cắt, (m).
Công suất của dao ma sát trên mặt đất.
Nms = l R0
( Fqt + P1 ). f. (R0 + l) . (3.30) Trong đó: Fqt - Lực quán tính ly tâm;
Pl - áp lực của dao lên mặt đất;
f - Hệ số ma sát giữa dao cắt với đất.
Thay các công thức (3.27); (3.28); (3.29) và (3.30) vào công thức (3.26) sau khi biến đổi công suất của động cơ được tính theo công thức sau:
Nđc= n{ 12
l ( j1. 2 ( R0 + l)R0 - j1.2 (R0 +l)l + F1..l2.R0 +F1..l3 + 0.572b.h..l2.R0 + 0.572b.h..l3 + R02.f.l.Fqt + R02.f.l.Pt + R0.f.l2 .P1 )} (3.31)
Nhận xét: Công suất động cơ phụ thuộc vào bán kính trống dao, chiều dài dao cắt, bề rộng dao cắt, vận tốc góc của dao, hệ số ma sát giữa dao và đất, chiều sâu cắt đất.