17 p p Dao thái Rơm Q N
Bộ phận làm việc của máy cắt thái rơm thường dựa theo nguyên lý cắt bằng cạnh sắc của lưỡi dao. Quá trình cắt thái thường ựược thực hiện bằng cách di chuyển cạnh góc nhị diện AB (cạnh sắc) hợp bởi hai mặt phẳng của lưỡi dao theo hướng P vuông góc với cạnh ựó hoặc di chuyển cạnh sắc AB (hình 2.3) theo hai hướng vuông góc với nhau: vừa theo hướng P (hướng cắt pháp tuyến) vừa theo hướng vuông góc với P (hướng tiếp tuyến) nghĩa là theo hướng chéo tổng hợp R (hướng cắt nghiêng).
Hình 2.3 Tác dụng cắt thái của lưỡi dao
Theo thắ nghiệm của viện sĩ Gơriatskin V.P ựã chứng minh rằng nếu cắt thái theo hướng nghiêng sẽ giảm ựược lực cắt thái cần thiết so với cắt thái theo hướng pháp tuyến (chặt bổ).
Qua thắ nghiệm viện sĩ Gơriatskin V.P cho chúng ta thấy, rõ ràng là khi cắt thái có trượt thì lực cần thiết ựể cắt thái giảm so với cắt thái không có trượt rất nhiều. Chúng ta có thể giải thắch ựiều này bằng một số cơ sở vật lý của quá trình cắt thái bằng lưỡi dao như sau:
Lưỡi dao dù sắc bén nhưng khi soi qua kắnh hiểm vi cũng thấy có những răng cưa. Do ựó, khi lưỡi dao di chuyển có thêm hướng tiếp tuyến, nghĩa là khi có trượt thì lưỡi dao ựã phát huy tác dụng cưa ựứt vật thái. Nếu lưỡi dao chỉ cắt theo hướng pháp tuyến (chặt bổ), ựó là quá trình cắt thái bằng nêm, lực cắt thái phải hoàn toàn khắc phục ứng suất của vật thái ựể cắt vật thái, còn khi cắt có trượt thì một phần lực cắt thái sẽ khắc phục ứng suất kéo, mà các vật liệu thái và nhất là vật liệu có sợi như rơm (mà chúng ta ựang ựi nghiên cứu) và vật liệu ựàn
18
Vắ dụ: ựối với củ quả: σn= 86 ọ 105 N/cm2 . σk= 45 ọ 85 N/cm2
.
Ngoài ra, khi cắt thái có trượt, lát thái do ựoạn ∆S của lưỡi dao thái trượt theo phương P với diện tắch F(cm2) sẽ có bề rộng bp nhỏ hơn bề rộng bn khi ựoạn ∆S thái không trượt (theo phương N) với cùng diện tắch F ựó (hình 2.4), vì:
τ cos . . n n n n p b AA AA b AAp F B = = = (2.1)
do ựó quá trình cắt thái dễ dàng hơn.
Hình 2.4 Tác dụng cắt trượt giảm chiều rộng lát thái
Tuy nhiên quá trình cắt thái lưỡi dao vừa nén vừa trượt tương ựối với chỗ tiếp xúc chỉ phù hợp với những vật liệu có tắnh ựàn hồi và nhiều thớ. Còn những vật liệu cứng rắn không ựàn hồi và ắt thớ thì cắt trượt bằng lưỡi dao là không hợp lý.
Rơm rạ, vật liệu chúng ta ựang nghiên cứu ựể cắt thái là loại vật liệu ựàn hồi, có sơ và nhiều thớ chắnh vì vậy rất phù hợp với phương pháp cắt thái có trượt.
Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình cắt thái bằng lưỡi dao (Cắt có trượt)
để cắt thái rơm thành từng ựoạn bảo ựảm chất lượng, giảm ựược năng lượng cắt thái, ta cần xét ựến một số yếu tố chắnh thuộc phạm vi dao thái và vật thái (rơm) ảnh hưởng tới quá trình cắt thái:
Áp suất riêng q(N/cm) của cạnh sắc lưỡi dao trên vật thái
đây là yếu tố trực tiếp ựảm bảo quá trình cắt ựứt vật thái và liên quan ựến các yếu tố khác thuộc phạm vi dao thái và vật thái (hình 2.4):
19
q =
S Q
∆ (N/cm) (2.2) Trong ựó: Q là lực cắt thái cần thiết (N)
∆S là ựộ dài ựoạn lưỡi dao (cm)
Viện sĩ Gơriatskin V.P ựã làm thắ nghiệm và ựưa ra kết quả khi cắt thái không có trượt (chặt bổ τ = 0) ựối với rơm: q0 = 50 ọ 120 (N/cm), còn khi cắt thái có trượt thì q thay ựổi phụ thuộc vào góc τ. Bằng dụng cụ khảo nghiệm dao thái, ựể xác ựịnh mối quan hệ giữa lực cắt thái riêng q với góc trượt τ thay ựổi (τ = 0 ọ 70) cho thấy, nói chung có thể gặp dạng hàm của q:
) . 1 .( 0 −τα =q q (2.3) Trong ựó : α là hệ số, α = 1/100; 1/110; 1/120.
Hình 2.5 Sơ ựồ quá trình cắt thái bằng lưỡi dao
a) Lưỡi dao nén ép và cắt ựứt b) Lưỡi dao có góc mài σ.
Khi cắt thái các vật ựàn hồi như rơm rạ, áp suất riêng gây ra hai giai ựoạn: ựầu tiên là lưỡi dao nén ép vật thái một ựoạn, rồi ựến cắt ựứt vật thái (Hình 2.5). Trong quá trình lưỡi dao ựi vào vật thái còn phải khắc phục các lực ma sát T1 do áp lực cản của vật thái tác ựộng vào mặt bên của lưỡi dao và T2 do vật thái dịch chuyển bị nén ép tác ựộng vào mặt vát của cạnh sắc lưỡi dao.
Nếu gọi Pt là lực cản cắt thái thì: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Q = Pt + T1 + T2cos σ (2.4)
20
độ sắc e (mm) của cạnh sắc lưỡi dao
độ sắc e (mm) của cạnh sắc lưỡi dao, chắnh là chiều dày e của nó (hình 2.6). Thông thường ựộ sắc cực tiểu ựạt tới 20 ọ 40ộm. đối với các máy thái trong chăn nuôi, ựộ sắc không ựược vượt quá 100ộm, nếu vượt quá 100ộm lưỡi dao coi như cùn và thái kém [4].
Hình 2.6 Cạnh sắc lưỡi dao
đồng thời ựộ sắc càng lớn thì áp suất riêng q càng tăng. Mối quan hệ giữa ựộ sắc S và áp suất cắt thái riêng q:
c
S
q= .σ (N/cm) (2.5) Trong ựó: σc là ứng suất cắt của vật thái (rơm).
điều kiện trượt của lưỡi dao trên vật thái
Như chúng ta ựã biết, ựường trượt của lưỡi dao trên vật thái (rơm) hay của vật thái (rơm) trên lưỡi dao theo quan hệ tương hỗ, càng dài thì lực cản cắt thái càng giảm.
để thực hiện ựược hiện tượng trượt nói chung của lưỡi dao trên lớp vật liệu thái, ta ựi phân tắch vận tốc V của một ựiểm M ở lưỡi dao khi tác ựộng vào lớp vật thái (hình 2.7).
Hình 2.7 Phân tắch vận tốc của các ựiểm M
Vn
V
Vt τ
M
21
Ta có thể phân tắch vận tốc V làm hai phần: thành phần vận tốc pháp tuyến Vn
vuông góc với lưỡi dao và thành phần vận tốc tiếp tuyến Vttheo cạnh sắc lưỡi dao. Vận tốc pháp tuyến Vnlà vận tốc của dao thái ngập sâu vào vật thái (rơm), vận tốc tiếp tuyến gây nên chuyển ựộng trượt, tỷ số giữa trị số vận tốc Vt và Vn gọi là hệ số trượt ε: τ ε tg V V n t = = (2.6)
Nhưng thực tế, Viện sỹ Gơriatskin V.P ựã chứng minh rằng lực cắt thái bắt ựầu giảm nhiều ựáng kể, không phải ứng với bất kì góc trượt τ của dao có trị số tương ựối nhỏ nào ựó mà ứng với trị số góc trượt nhất ựịnh của dao thì hiện tượng trượt mới xảy ra. Theo thắ nghiệm của Viện sĩ Ziablôv V.A, lực cắt thái sẽ giảm nhiều ứng với góc trượt τ ≥ 300
[4]. Như vậy có nghĩa hiện tượng cắt của dao ựối với vật thái sẽ có một ựiều kiện chung ựể phát huy thật sự mạnh mẽ tác dụng cắt trượt, ựể giảm lực cắt thái ựược nhiều hơn.
Phát triển các lý luận nghiên cứu về cắt thái của Viện sĩ Gơriatskin V.P, Viện sĩ Giưligopski V.A ựã phân tắch nội dung vật lý của vấn ựề này như sau:
Ông ựi xét các lực tác ựộng giữa lưỡi dao và vật thái : trong trường hợp cắt thái không có trượt (chặt bổ τ= 0) thì không xét vì ở ựây chỉ có một lực duy nhất là lực pháp tuyến. Mà chỉ xét trường hợp cắt thái có trượt (τ ≠ 0).
để ựơn giản, ta xét trường hợp dao thẳng AB quay quanh một tâm quay O và cách tâm quay một ựoạn p. để dễ phân tắch ta sẽ vẽ tách riêng và xét các lực do vật liệu (rơm) tác ựộng vào lưỡi dao cắt (hình 2.8a) và các lực do dao cắt tác ựộng vào vật liệu (hình 2.8b,c).
Khi dao tác ựộng vào cọng rơm thì ở ựiểm tiếp xúc M sẽ sinh ra lực pháp tuyến chống ựỡ ngược chiều theo nguyên lý Ộlực và phản lựcỢ. Trên hình 2.8a cọng rơm tác dụng vào lưỡi dao ở ựiểm Md với lực pháp tuyến NỖ, còn ở hình 2.8 b và hình 2.8 c thì lưỡi dao tác ựộng vào cọng rơm ở ựiểm Mr với lực pháp tuyến N = NỖ
nhưng ngược chiều, vì phương chuyển ựộng Md ở lưỡi dao (theo phương vận tốc V) không trùng với phương pháp tuyến (vì τ ≠0) cho nên lực pháp tuyến NỖ có thể
22 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
phân tắch thành hai thành phần: thành phần lực PỖ theo phương chuyển ựộng V và thành phần lực TỖ theo phương lưỡi dao AB. Ở ựây chúng ta thấy ngay rằng lực TỖ
có su hướng làm cho ựiểm Mdtrượt (xuống phắa dưới) trên cọng rơm. Nhưng khi ựó sẽ xuất hiện lực ma sát FỖ giữa lưỡi dao và cọng rơm hướng lên phắa trên cản lại hiện tượng trượt ựó, với trị số FỖ = TỖ. Cũng phân tắch tương tự như vậy ở hình 2.8b và hình 2.8c thì lực pháp tuyến N do lưỡi dao tác ựộng vào ựiểm Mr của cọng rơm cũng có thể phân tắch thành hai thàng phần: thành phần lực P theo phương chuyển ựộng và thành phần lực T theo phương của lưỡi dao AB. Ở ựây, phắa trên cũng xuất hiện lực ma sát giữa cọng rơm và lưỡi dao (F cũng bằng FỖ) hướng xuống phắa dưới cản lại hiện tượng trượt với trị số F = T.
V O P' N' T' F' Md τ H B A A H V τ O B M R P N T F Fmax r ' ϕ O A B T N P V R r M τ ϕ' max F max F T - a) b) c)
Hình 2.8 Phân tắch lực tương tác giữa lưỡi dao và vật liệu
a) Các lực do rơm tác ựộng vào dao; b) Các lực do dao tác ựộng vào rơm khi
τ≤ϕ ; c) Các lực do dao tác ựộng vào rơm khi τ≥ϕ.
Trên hình vẽ ta nhận thấy rằng góc trượt càng lớn thì lực T (hay TỖ) càng tăng, ựồng thời lực ma sát F (hay FỖ) cũng có khả năng tăng theo, bằng T, khiến cho
23
ựiểm Mr của cọng rơm không trượt theo lưỡi dao. Nghĩa là cắt thái với góc trượt (τ ≠ 0) nhưng 2 ựiểm Mr của rơm và Md của dao khi tiếp xúc với nhau nhưng vẫn không trượt ựi ựược. Trái lại, trong qúa trình cắt, ựiểm Mự của dao vẫn giữ chặt cong rơm tại ựiểm Mr mvà nén xuống với lực tác ựộng P cho ựến khi cắt ựứt (lúc này tại Mr của cọng rơm có 3 lực tác ựộng là P, T, và F nhưng F = T và ngược chiều nhau cho nên lực tổng hợp là P).
Nhưng như ta ựã biết, khi T tăng, F tăng theo và chỉ ựạt tới trị số lực ma sát cực ựại Fmax mà thôi (theo khái niệm lực ma sát và góc ma sát).
Trị số: ' . ' . max F tg N f F = ϕ = (2.7) Trong ựó: ϕỖ là góc ma sát giữa dao thái và vật liệu ( cọng rơm ),
' ' tgϕ
f = là hệ số ma sát.
Trong trường hợp ma sát giữa lưỡi dao và rơm này (coi như là một ựường thẳng với bề mặt) thì trị số của góc ma sát ϕỖ không cố ựịnh như thông thường (giữa bề mặt với bề mặt). Trái lại, theo thực nghiệm ϕỖ và fỖ thay dổi trị số ắt nhiều. Do ựó, ựể phân biệt hiện tượng ma sát của lưỡi dao với vật liệu, Viện sĩ Gơriatskin V.P ựề nghị gọi góc ϕỖ là góc cắt trượt ϕỖ và hệ số fỖ = tgϕỖ là hệ số cắt trượt fỖ.
Vậy khi T và F tăng tới giới hạn T = F ≥ Fmax nghĩa là T = F = N.tgτ hay τ≥ ϕỖ thì quá trình cắt chưa có hiện tượng Ộtrượt tương ựốiỢ giữa các ựiểm của lưỡi dao tiếp xúc với các ựiểm của cọng rơm (sức cản do ma sát).
Khi T tăng lên , do góc τ tăng lên (vì T = N.tg τ), trong khi ựó lực ma sát không thể tăng lên ựược nữa và ựạt giá trị Fmax, nghĩa là khi T > Fmax hay τ > ϕỖ
.Khi ựó hiệu số lực T - Fmax sẽ có xu hướng làm cho Mr của rơm trượt ựi, rời ựiểm
Md của dao, lên phắa trên hay ngược lại. ựiểm Md của dao trượt ựi, rời ựiểm Mr của rơm xuống phắa dưới, bây giờ bắt ựầu xuất hiện hiện tượng trượt tương ựối giữa dao và rơm. Và khi ựó quá trình cắt thái mới thực sự có trượt, dao mới phát huy khả năng cưa cuộng rơm (bằng những răng cưa nhỏ) và lực cắt thái mới giảm nhiều, cắt thái mới dễ dàng. Lúc này hợp lực của 3 lực P, T, Fmax do dao thái tác ựộng vào rơm không phải là lực P mà luôn là R, nghĩa là dù τ lớn bao nhiêu nữa dao cũng tác ựộng
24
vào rơm bằng lực tổng hợp R mà thôi (tức là chỉ theo phương hợp với pháp tuyến một góc ϕỖ như hình 2.8c).
Qua việc phân tắch trên ta xét 3 trường hợp:
- Trường hợp góc trượt τ = 0, quá trình cắt thẳng góc không trượt, chỉ có lực pháp truyến, không có lực tiếp tuyến ;
- Trường hợp góc trượt 0<τ ≤ ϕỖ, quá trình cắt vẫn chưa có trượt, tuy có cả lực tiếp tuyến nhưng lực tiếhrẻp tyến này chưa gây trượt vì ma sát ;
- Trường hợp góc trượt τ > ϕỖ, quá trình cắt có trượt tương ựối giữa dao và rơm do lực tiếp tuyến ựủ lớn thắng ựược hiện tượng ma sát.
Như vậy, ựiều kiện cắt ựể giảm lực cắt là góc trượt τ phải có giá trị lớn hơn hay bằng góc cắt trượt ϕỖ. Qua thắ nghiệm bằng dụng cụ ựo ma sát giữa vật liệu thép (vật liệu chúng ta chọn ựể làm dao) với rơm (ựối tượng cắt của dao ta cần nghiên cứu cắt) do Gơriarskin V.P thiết kế (hình 2.9), dùng mặt phẳng nghiêng khi cho góc nghiêng thay ựổi PGS - TS Trần Minh Vượng ựã xác ựịnh ựược góc ma sát ϕỖ giữa kim loại và rơm (ϕỖ = 25 ọ 300
). P R N M τ ϕ' τ ϕ-- ' τ
Hình 2.9 Dụng cụ ựo lực và áp suất cắt riêng
Tuy nhiên trong trường hợp góc trượt 0<τ≤ϕỖ vẫn có lợi về lực cắt thái hơn so với trường hợp cắt chặt bổ (τ = 0). Vì giả sử trong khi dao cắt ngập vào lớp rơm,
25
sẽ chịu lực cản cắt σ (do ứng suất bền của vật liệu rơm, do ma sát của mặt dao vời lát cắtẦ) dao phải tác ựộng 1 lực P ≥σc. P P N O M N< N' <= A B σ τ τ ϕ' N' N σ 1 1 1 c 1 τ τ ϕ'> > c (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 2.10 Tác dụng giảm lực cắt thái pháp tuyến 0 <τ≤ϕỖ
Khi có góc τ (τ ≠0), muốn cắt ựược vật liệu thì trong lúc phương lực P thay ựổi (lệch ựi so với thành phần pháp tuyến N theo góc trượt τ) ựầu vectơ lực P phải di chuyển theo vòng tròn có bán kắnh bằng trị số tối thiểu σc (tối thiểu P = σc). Như vậy khi τ tăng dần tới τ1 thì P tăng tới P1và thành phần pháp tuyến N sẽ tương ứng là N1 và ta thấy N > N1, nghĩa là lực cắt pháp tuyến có giảm ựi (nhỏ hơn trị số ban ựầu N = σc khi τ = 0) (hình 2.10).
Cũng do phát huy ựược hiện tượng cắt trượt, giảm ựược lực cắt thái, cho nên thực tế lực tổng hợp R do dao tác ựộng vào rơm có trị số giảm dần khi góc trượt τ
càng lớn hơn góc cắt trượt ϕỖ.
Quan hệ giữa dao thái và tấm kê thái
+ Khe hở δ giữa cạnh sắc của lưỡi dao và cạch sắc tấm kê thái
Thực nghiệm ựã cho thấy ảnh hưởng thể hiện bằng sự phụ thuộc của công suất cắt N với khe hở δ: δ có một giới hạn thắch hợp ựể cho N tương ựối nhỏ (hình 2.11).
Vật liệu cắt càng mảnh thì khe hở δ càng nhỏ, nếu không, lưỡi dao có thể bẻ gập thân vật liệu lọt xuống khe hở và kéo ựứt nó, giảm chất lượng cắt. Nhưng δ
cũng không thể nhỏ quá ựược, vì ựĩa lắp dao (hay trống lắp dao) ựều có ựộ dịch chuyển dọc trục cho phép và gối ựỡ cũng có ựộ dịch chuyển dọc trục cho phép.
26
Ở trống lắp dao quay với số vòng quay lớn, do lực ly tâm, dao cũng sẽ có ựộ võng ra phắa ngoài. đối với máy thái rau, cỏ, rơm δ không ựược quá 1mm thì cắt mới tốt [4]. N δ δ δ O (mm) max min (KW) Hình 2.11 đồ thị phụ thuộc δ với N
+ Góc kẹp χ và ựiều kiện kẹp vật thái giữa cạch sắc lưỡi dao và cạnh sắc tấm kê T' M' F' F M T B C A S' R' N' S R N O VẺt thịi
l−ìi tÊm kế thịi
L−ìi dao χ 2 χ 2 Hình 2.12 Góc kẹp χ
đây là một yếu tố ảnh hưởng trong trường hợp cắt thái kiểu Ộkéo cắtỢ, có