Chương 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.2. Nguyên lý cắt cỏ rác của hệ thống làm băng cách ly đám cháy
Sơ đồ cấu tạo hệ thống cắt cỏ rác ở dạng búa chúng tôi cũng thực hiện tương tự như cắt đất ở dạng búa. Cấu tạo hệ thống cắt rất đơn giản bao gồm một đĩa thép có đường kính là D (trống dao) để lắp dao cắt. Đĩa thép lắp trên một trục, trục nhận chuyển động quay từ động cơ qua bộ truyền hoặc nối trực tiếp. Trên đĩa thép có gắn trục để lắp dao cắt, có thể lắp 2, 4, 6 dao cắt tuỳ theo.
Dao cắt chuyển động tương đối xung quanh điểm O1. Trên đĩa thép có lắp lưỡi cắt có các thông số: α - góc sau; β - góc mài; - góc cắt.
Hình 3.1: Sơ đồ cấu tạo của hệ thống cắt cỏ rác dạng búa 1. Đĩa thép 2. Dao cắt 3. Lưỡi dao cắt
3.2.2. Nguyên lý cắt cỏ rác ở dạng búa
Dựa vào cấu tạo và chuyển động của hệ thống, quá trình cắt cỏ rác được chia thành 5 giai đoạn sau:
o
(b)
o1
(a)
Hình 3.2: Nguyên lý cắt cỏ rác dạng búa.
- Giai đoạn 1: Dao cắt chuyển động ở trên không chưa tiếp xúc với cỏ rác; 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 0, với số vòng quay n, vận tốc góc , dao cắt dự trữ một động năng lớn (hình 3.1).
- Giai đoạn 2: Dao cắt tiếp xúc với cỏ rác (cắt cỏ rác) khi cho dao cắt tiếp xúc với cỏ rác với động năng lớn tại mũi dao xẩy 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 3.2a).
- Giai đoạn 3: Cắt cỏ rác và đất: Sau khi lưỡi cắt va trạm với cỏ rác cắt đứt cỏ rác và cắm sâu vào trong đất. Lúc này dao cắt quay tương đối xung quanh điểm 01 tâm 01 chuyển động theo đến điểm 02. Do vậy, dao cắt di chuyển theo, nhưng do mũi cắt cắm sâu xuống đất và do lực cản của đất, do khớp quay ở 02 nên mũi dao cắt đứng yên, thân dao cắt di chuyển. Mô men quay tại 04, cánh tay đòn chính là chiều dài dao cắt, lực tạo ra mô men là lực F do đĩa thép tạo ra, lực này có tác dụng bẩy thỏi đất đã cắt ra khỏi nền đất. Quá trình bẩy đất được thể hiện ở hình 3.2a (quá trình cắt và bẩy đất tương tự như cuốc đất bằng thủ công).
- Giai đoạn 4: Kéo đất và cỏ rác. Khi điểm 02 di chuyển đến 03 theo quan hệ động học thì dao cắt chuyển động tịnh tiến, trong quá trình chuyển động dao
SA
a b
cắt kéo theo lượng đất và cỏ rác vừa tạo ra. Như vậy, đất và cỏ rác sau khi cắt ra được đưa lên miệng hố (hình 3.2b).
- Giai đoạn 5: Tung đất và cỏ rác. Sau khi kéo đất và cỏ rác ra khỏi chỗ cắt một số đất và cỏ rác nằm ở mặt trong của lưỡi cắt chuyển động cùng với lưỡi cắt đến một quỹ đạo nhất định thì đất và cỏ rác văng ra khỏi lưỡi cắt chuyển động theo quán tính và rơi xuống. Như vậy là đất và cỏ rác được tung lên chuyển động quay cùng dao cắt với vận tốc lớn trộn với nhau. Do vậy, trong quá trình cắt phải có bao che để chắn đất và cỏ rác không bắn vào người sử dụng thiết bị.
Nhận xét: Từ quá trình phân tích nguyên 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 cắt đứt cỏ rác và phá vỡ kết cấu của đất. Từ đó chi phí năng lượng riêng cho quá trình cắt này là rất thấp, dẫn đến nguồn động lực không cần phải có công 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 công suất động cơ thì ta phải tính toán 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 không cắm vào gốc cây, nhưng do dao cắt chuyển động quay quanh điểm 01 nên công suất công suất của động cơ không ảnh hưởng. Đây là đặc điểm quan trọng của phương pháp cắt cỏ rác ở dạng búa, nó đã giải quyết được khó khăn lớn nhất trong việc làm băng cách ly đám cháy đó là thích hợp với các loại đất nhiều đá, nhiều gốc
cây, rễ cây. Còn 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;
- Cỏ rác và đất sau khi được cắt vụn nhỏ tung trộn lẫn với nhau làm cho nó không có khả năng cháy, từ đó nó tạo ra băng cách ly cô lập khoanh vùng đám cháy, đây là đặc điểm quan trọng để áp dụng nguyên lý cắt dạng búa vào tính toán thiết kế hệ thống làm băng cách ly đám cháy.