3.2.3.1. Phân tắch các dạng luỡi ựào [9]
Quá trình cơ giới hoá thu hoạch cây có củ ựã hình thành một hệ thống máy rất phong phú. Các chủng loại máy có thể khác nhau về nguyên lý làm việc của bộ phận ựào hay bộ phận phân ly. Mỗi nguyên lý ựều có ưu nhược ựiểm riêng.
a. Lưỡi ựào phẳng
Quá trình làm việc của lưỡi ựào như một chiếc nêm ựơn giản ựi vào ựất.
Các thông số cơ bản của lưỡi ựào phẳng là các góc α, γ và chiều dài L. Lưỡi phẳng lắp công Ờ xôn vào ựế tựa. Khoảng cách giữa 2 lưỡi cần có khe hở ựể thoát các loại cây cỏ. để ngăn ngừa ựá không kẹt vào các thanh băng giũ và mép sau của lưỡi, thường mép sau của lưỡi lắp khớp với một số răng có chiều dài từ 100ọ150 mm.
b. Lưỡi ựào phân ựoạn
Hình 3.4 Cấu tạo lưỡi ựào phân ựoạn
1- lưỡi ựào; 2- giá ựỡ lưỡi ựào.
Ưu ựiểm: Cấu tạo ựơn giản chế tạo dễ dàng, giá thành thấp phù hợp với công nghệ chế tạo có trình ựộ chế tạo chưa cao.
Nếu chọn góc α của lưỡi phù hợp thì cho phép ựất và khối củ trượt trên lưỡi và làm sạch mặt lưỡi.
Nhược ựiểm: Trong khi nâng ựất lên dễ bị tách ra hai bên và hiện tượng ùn ựất. Nhược ựiểm này thấy rõ nhất khi làm việc ở ựất cát tơi xốp. Mặt khác lưỡi này không có tác dụng làm rạn nứt sơ bộ ựất ban ựầu tạo ựiều kiện làm việc cho bộ phận phân ly.
c. Lưỡi ựào lòng máng
Lưỡi ựào lòng máng gồm 2 phần: phần phải và phần trái, giữa các phần có khe hở 30ọ50 mm ựể thoát cây cỏ.
Ưu ựiểm: Khắc phục ựược hiện tượng ựất tràn ra hai bên quá trình ựào chủ yếu tập trung vào vùng chứa củ ở giữa luống.
Nhược ựiểm:
+ Gây ra hiện tượng dắnh ựất ở chỗ lượn cong,
+ Do yêu cầu lưỡi cong mà công nghệ chế tạo phức tạp hơn, trình ựộ cao hơn và giá thành ựắt.
Hình 3.5 Cấu tạo lưỡi ựào lòng máng
1. lưỡi phải; 2. bộ phận rẽ; 3. giá ựỡ lưỡi; 4. thanh ăn khớp; 5. khớp của thanh.
Tuỳ thuộc vào tắnh chất tác dụng của lưỡi ựào vào ựất mà người ta có thể phân chia ra loại lưỡi ựào thụ ựộng và lưỡi ựào chủ ựộng.
d. Lưỡi ựào thụ ựộng
Lưỡi ựào gắn cố ựịnh và khung máy, lưỡi tác ựộng vào ựất do kết quả lực kéo của máy kéo truyền vào khung máy và lưỡi ựào. Loại lưỡi ựào này có kết cấu ựơn giản, chắc chắn. Loại lưỡi ựào này ựược sử dụng nhiều trên các máy thu hoạch cây có củ.
Loại lưỡi ựào này có nhược ựiểm là hỗn hợp củ chỉ rạn nứt và phân ly sơ bộ, khả năng truyền tải kém. Khi làm việc với ựất cát tơi dễ xảy ra hiện tượng ùn.
e. Lưỡi ựào chủ ựộng
Lưỡi ựào có chuyển ựộng tương ựối so với khung máy khi làm việc ở những máy có bộ phận phân ly kiểu băng giũ. Còn các máy có bộ phận phân ly với sàng lắc thì lưỡi ựược gắn vào sàng ựể cùng dao ựộng với sàng hoặc lưỡi ựược dẫn ựộng ựộc lập và có dao ựộng lệch pha 1800 so với sàng ựể khử lực quán tắnh của hai bộ phận này gây nên.
Ưu ựiểm: Khả năng tự làm sạch của lưỡi ựào cao, lực cắt ựất nhỏ và có tác dụng phá vỡ lớp ựất ngay trên lưỡi ựào tạo ựiều kiện cho quá trình phân ly trên bộ phận phân ly. Lưỡi ựào có khả năng truyền tải cao tránh ựược hiện tượng ùn ựất trên lưỡi ựào.
Những lưỡi ựào này có kết cấu phức tạp lắp ráp yêu cầu cao hơn. Khi lưỡi ựào làm việc sinh ra lực quán tắnh gây ra rung ựộng máy.
3.2.3.2. Lựa chọn hình dạng và kắch thước lưỡi ựào
Lưỡi ựào ựược chọn ựể làm việc có dạng phẳng. Vì vậy tắnh toán của lưỡi ựào dựa trên cơ sở lý thuyết về nêm phẳng [9].
Dựa trên ựiều kiện làm việc của lưỡi là ựào ựược khối củ và ựể khối củ trượt trên bề mặt. Từ cơ sở các số liệu về củ cà rốt ựã thu thập ựược trong thực tế, nghiên cứu lý thuyết về nêm ựất và các vấn ựề liên quan ựến nêm ựất tài liệu [9] tôi chọn lưỡi ựào có hình dạng như sau: Lưỡi ựược chọn có dạng phẳng, phần thân hình chữ nhật, phần ựầu ựầu lưỡi hình tam giác. Quá trình làm việc của lưỡi như nêm 2 mặt với các thông số cơ bản góc nâng α, góc tách ựất γ, chiều dài L và bề rộng lưỡi B.
a. Chọn bề rộng lưỡi ựào
Qua ựiều tra khảo sát ta thấy bề rộng phân bố củ cà rốt hai bên tim hàng là 18 cm, khoảng cách giữa 2 hàng 40 cm. Tuy nhiên, trong quá trình máy di chuyển, hình dạng luống không tuyệt ựối thẳng, ựể ựảm bảo khi làm việc lưỡi quét hết toàn bộ khối ựất chứa củ ựể không bị sót củ thì bề rộng lưỡi ựào phải ựủ lớn. Ta chọn sơ bộ lưỡi ựào có bề rộng b = 25 cm.
b. Chọn chiều dài lưỡi
để ựào ựược và di chuyển khối củ lên cho bộ phận kẹp thì chiều dài của lưỡi phải ựảm bảo ựủ dài ựể ựảm bảo chức năng của nó ựồng thời hạn chế chiều dài ựể giảm lực cản kéo và hạn chế sự ùn tắc của ựất và củ cà rốt trên bề mặt lưỡi ựào. Ta chọn sơ bộ chiều dài lưỡi là 28 cm.
c. Chọn góc cạnh sắc của lưỡi
để giảm lực cắt ựất thì ựầu lưỡi phần hình thang phải có cạnh sắc. Theo [12] thì cạnh sắc lưỡi ựào thắch hợp là 350ọ400. Ta chọn góc cạnh sắc của lưỡi ựào là 400.
d. Chọn góc tách ựất γ (hay góc doãng 2γ) của phần ựầu lưỡi
đây là góc nhọn có vai trò giảm lực cắt ựất, và tự mài sắc lưỡi trong quá trình lưỡi làm việc. điều kiện ựể ựảm bảo cắt có trượt T > F.
Từ hình vẽ 3.6, ta có thể lập biểu thức quan hệ của T với N như sau
T = N/tgγ suy ra γ<π/2-φ
Trong ựó, φ là góc ma sát giữa ựất và vật liệu làm lưỡi.
Theo thắ nghiệm ựo ựược thì góc ma sát giữa ựất và lưỡi ựào φ = 440
Nên γ < 900- 440 = 460
Hình 3.6 Các lực tác dụng lên lưỡi ựào
để ựảm bảo cắt ựất có trượt và ựộ bền của lưỡi ựào chọn γ = 400.
e. Chọn góc nghiêng (góc ăn sâu) của lưỡi ựào
Góc nghiêng α của lưỡi ựược chọn thoả mãn ựiều kiện: π/2 Ờ φ > α.
Trong ựó:
φ: là góc ma sát. Với ựất tơi xốp thì góc ma sát thường là 400ọ450
.
α: là góc nghiêng của lưỡi ựào so với phương ngang của ựất. Với ựất tơi ta chọn α = 170.
Sau khi tắnh toán lựa chọn các thông số hình học của lưỡi ựào tôi thiết kế lưỡi ựào có hình dạng như hình 3.7.
Hình 3.7 Cấu tạo lưỡi ựào
3.2.3.3. Xác ựịnh lực tác dụng lên lưỡi ựào
Việc lựa chọn các kắch thước lưỡi ựào như trên thì lực cản kéo tác dụng lên máy ựược tắnh bằng công thức của viện sĩ V.P. Gơriatskin
P = fG +kabn +εabnv2 (N) (3.1)
Thành phần thứ nhất fG ựặc trưng cho lực cản vô ắch không ựáng kể.
Thành phần thứ ba εabnv2 là lực chi phắ ựể hất lật thỏi ựất có tiết diện ab sang bên cạnh cũng bằng không (vì ε = 0).
Thành phần thứ hai kabn là ựặc trưng cho lực cản có ắch.
Trong ựó k là lực cản riêng của lưỡi ựào. Theo bảng 3.1 ựối với máy thu hoạch cà rốt làm việc trên ựất cát pha hoặc ựất thịt nhẹ.
Chọn k = 0,5 kG/cm2 = 5 N/cm2;
a là ựộ sâu ựào ựất theo số liệu khảo sát ựộ dài củ là 15 cm nên chọn ựộ sâu ựào ựất là a = 18 cm.
n = 1 là số lưỡi ựào
Bảng 3.1. Phân loại ựất khô theo lực cản riêng khi cày [9] Loại ựất ruộng khô Lực cản riêng k (kG/cm2) Tỷ lệ so với diện tắch ựất trồng (%) Vùng sản xuất tập trung Thịt nặng > 0.7 35 Vùng thấp Thịt trung bình 0.5ọ0.7 45 Vùng ựất cao Thịt nhẹ < 0.5 25 Vùng ựất trung du
Trong quá trình làm việc lưỡi ựào còn chịu lực ma sát nên lực tác dụng lên lưỡi thực tế ựược tắnh theo công thức:
Rx = R.sin(α+φ) = R.sin(170 + 440) Phân tắch: Rur=Rurx +Rury
Rx = P = 2250 N Hình 3.8 Lực tác dụng lên lưỡi ựào
(R ) ( ) N R x 2570 44 17 sin 2250 sin = + = + = ϕ α N R Ry = .cos(α +ϕ)=2570.cos(17ồ+44ồ)=1245