Hoàn chỉnh kết cấu và công nghệ chế tạo bộ phận cắt máy bạt gốc mía HUA.BGM-1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ----------
---------- NGUYỄN NGỌC BẢO HOÀN CHỈNH KẾT CẤU VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO BỘ PHẬN CẮT MÁY BẠT GỐC MÍA HUA.BGM-1 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành : Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá nông, lâm nghiệp Mã số : 60.52.14 Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN XUÂN THIẾT HÀ NỘI - 2010 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........ ........... i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào. Tôi xin cam ñoan rằng mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này ñã ñược cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc. Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Nguyễn Ngọc Bảo Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........ ........... ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân trọng cảm ơn TS. Nguyễn Xuân Thiết, người ñã trực tiếp hướng dẫn, giúp ñỡ tôi trong quá trình làm ñề tài và hoàn thành Luận văn cùng tập thể các thầy cô trong Bộ môn Cơ học kỹ thuật – Khoa Cơ ðiện - Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã giúp ñỡ tôi trong quá trình thực hiện ñề tài. Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn tập thể các thầy, cô giáo trong khoa Cơ ðiện ñã trực tiếp giảng dạy tôi trong suốt quá trình học tập tại trường. Cảm ơn Trường Cao ñẳng Công nghiệp Nam ðịnh và bạn bè ñồng nghiệp ñã tạo mọi ñiều kiện thuận lợi và giúp ñỡ tôi hoàn thành Luận văn này. Tác giả luận văn Nguyễn Ngọc Bảo Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........ ........... iii MỤC LỤC Lời cam ñoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục các chữ viết tắt v Danh mục bảng vi Danh mục hình vii MỞ ðẦU 1 CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU MÁY BẠT GỐC MÍA 4 1.1 Một số nét khái quát về mía lưu gốc và ñiều kiện làm việc của máy bạt gốc mía. 4 1.2 Tình hình nghiên cứu cơ khí hoá khâu ñốn gốc mía trên thế giới 7 1.3 Tình hình nghiên cứu cơ khí hóa khâu ñốn gốc mía ở trong nước 9 CHƯƠNG II GIỚI THIỆU CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU MÁY BẠT GỐC MÍA HUA.BGM-1 14 2.1 Các kết quả nghiên cứu ñộng học và ñộng lực học của máy 14 2.1.1 Kết cấu máy ñốn gốc mía 14 2.1.2 Các thông số chính của máy 17 2.2 Những tồn tại cần ñược khắc phục của mẫu máy: 18 CHƯƠNG III HOÀN THIỆN KẾT CẤU BỘ PHẬN CẮT MÁY BẠT GỐC MÍA HUA.BGM-1 20 3.1 ðộng lực học bộ phận làm việc của máy – Bài toán dao ñộng 20 3.1.1 Lựa chọn mô hình tính 20 3.1.2 Phương trình vi phân dao ñộng 26 3.1.3 Một số kết quả tính toán 28 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........ ........... iv 3.2 Tính toán ñộ bền trục cắt – Bài toán ñộ bền mỏi 42 3.3 Kết cấu của bộ phận cắt 50 CHƯƠNG IV CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO BỘ PHẬN CẮT 53 4.1 Công nghệ chế tạo trục bộ phận cắt 53 4.2 Công nghệ chế tạo dao 66 KẾT LUẬN CHUNG 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........ ........... v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Fc - Lực cắt T - Chu kì của lực kích thích ρ - khối lượng riêng của thép mt - khối lượng của trục Jt - mô men quán tính khối lượng của trục Ip - mô men quán tính ñộc cực Rd - bán kính ñĩa lắp dao Md - khối lượng của ñĩa Jd - mô men quán tính khối lượng ñĩa Jo - mô men quán tính khối lượng qui ñổi ϕ - góc xoắn của trục T - ñộng năng Π - thế năng ω0 - Tần số dao ñộng riêng Ω - Tần số dao ñộng cưỡng bức ϕ1 - Nghiệm tổng quát ϕ* - Nghiệm riêng α - Góc cắt trượt n m - Hệ số an toàn mỏi nch - Hệ số an toàn chảy σ - Ứng suất pháp τ - Ứng suất tiếp Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........ ........... vi DANH MỤC BẢNG STT Tên bảng Trang 3.1 Biên ñộ và góc xoắn cực trị của ñĩa khi thay ñổi r1 (rd1 = 0,22m; rd2 = 0; l = 0,6m; m = 12kg; r2 = 0) 32 3.2 Biên ñộ và các cực trị của góc xoắn tương ứng với sự thay ñổi của r2 (Rd = 0,22m; l = 0,6m; m = 12kg; r1 = 0,03m) 35 3.4 Biên ñộ và các giá trị cực trị của góc xoắn khi khối lượng ñĩa cắt M thay ñổi (r1 = 0,03m; r2 = 0,02m; Rd = 0,22m l = 0,6m). 39 3.5 Hệ số an toàn tĩnh nch và hệ số an toàn mỏi nm 49 4.1 Thành phần hoá học của thép cacbon kết cấu 45 54 4.2 Bảng cơ tính và ứng suất cho phép của thép cacbon kết cấu C45 56 4.3 Thành phần hoá học của thép nhíp 50CrMnA 66 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........ ........... vii DANH MỤC HÌNH STT Tên hình Trang 1.1 Mô phỏng về sự phân bố gốc mía 6 1.2 Máy ñốn gốc mía Pakistan 7 1.3 Máy ñốn gốc mía của Ấn ðộ 8 1.4 Sơ ñồ nguyên lý máy ñốn gốc mía có lưỡi dao ñộng 10 1.5 Sơ ñồ nguyên lý máy ñốn gốc mía có dao lắp lỏng trên roto nằm ngang 10 1.6 Máy Bạt gốc mía HUA.BGM-1. 11 1.7 Mô hình hệ thống truyền ñộng 11 1.8 Kết cấu máy bạt gốc mía 12 2.1 Kết cấu máy ñốn gốc mía 14 2.2 Kết cấu khung máy 15 2.3 Kết cấu bộ phận cắt 16 2.4 Kết cấu cụm bánh xe 17 2.5 Mô hình máy ñốn gốc mía 18 2.6 Chất lượng cắt gốc mía 18 3.1 Mô hình tính bài toán dao ñộng của ñĩa cắt . 21 3.2 Biến thiên lực cản cắt FC 22 3.3 Biểu diễn gần ñúng lực cản cắt FC 22 3.4 Sơ ñồ lực kích thích tác dụng lên trục 23 3.5 Mô hình dao ñộng xoắn hệ một bậc tự do có ngàm 25 3.6 ðồ thị biểu diễn quan hệ giữa góc xoắn φ và lực kích thích MC theo thời gian t (r1 = 0,015m; r2 = 0; l = 0,6m; m = 12kg; Rd = 0,22m) 29 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........ ........... viii 3.7 ðồ thị biểu diễn quan hệ giữa góc xoắn φ và lực kích thích MC theo thời gian t (r1 = 0.02m; r2 = 0; l = 0,6m; m = 12kg; Rd = 0,22m). 29 3.8 ðồ thị biểu diễn quan hệ giữa góc xoắn φ và lực kích thích M theo thời gian t (r1 = 0,025m; r2 = 0; l = 0,6m; m = 12kg; Rd = 0,22m). 30 3.9 ðồ thị biểu diễn quan hệ giữa góc xoắn, lực kích thích theo thời gian (r1 = 0,03m; r2 = 0; l = 0,6m; m = 12kg; Rd = 0,22m). 30 3.10 ðồ thị biểu diễn quan hệ giữa góc xoắn và lực kích thích theo thời gian (r1 = 0,04m; r2 = 0; l = 0,6m; m = 12kg; Rd = 0,22m). 31 3.11 ðồ thị biểu diễn quan hệ giữa góc xoắn, lực kích thích theo thời gian (r1 = 0,03m; r2 = 0,005; l = 0,6m; m = 12kg; Rd = 0,22m). 33 3.12 ðồ thị biểu diễn quan hệ giữa góc xoắn và lực kích thích theo thời gian (r1 = 0,03m; r2 = 0,01m; l = 0,6m; m = 12kg; Rd = 0,22m). 33 3.13 ðồ thị biểu diễn quan hệ giữa góc xoắn và lực kích thích theo thời gian (r1 = 0,03m; r2 = 0,015m; l = 0,6m; m = 12kg; Rd = 0,22m). 34 3.14 ðồ thị biểu diễn quan hệ giữa góc xoắn và lực kích thích theo thời gian (r1 = 0,03m; r2 = 0,02m; l = 0,6m; m = 12kg; Rd = 0,22m). 34 3.15 ðồ thị biểu diễn quan hệ giữa góc xoắn và lực kích thích theo thời gian (r1 = 0,03m; r2 = 0,02; m = 12kg; Rd = 0,22m; l = 0,35m). 36 3.16 ðồ thị biểu diễn quan hệ giữa góc xoắn và lực kích thích theo thời gian (r1 = 0,03m; r2 = 0,02; Rd = 0,22m; m = 12kg; l = 0,4m). 36 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........ ........... ix 3.17 ðồ thị biểu diễn quan hệ giữa góc xoắn và lực kích thích theo thời gian (r1 = 0,03m; r2 = 0,02; Rd = 0,22m; m = 12kg; l = 0,45m). 37 3.18 ðồ thị biểu diễn quan hệ giữa góc xoắn và lực kích thích theo thời gian (r1 = 0,03m; r2 = 0,02;Rd = 0,22m; l = 0,5m). 37 3.19 ðồ thị biểu diễn quan hệ giữa góc xoắn và lực kích thích theo thời gian (r1 = 0,03m; r2 = 0,02; Rd = 0,22m; l = 0,6m). 38 3.20 ðồ thị biểu diễn quan hệ giữa góc xoắn φ và lực kích thích M theo thời gian t trong trường hợp r1 = 0,03m; r2 = 0,02m; Rd = 0,22m; l = 0,6m; 40 3.21 ðồ thị biểu diễn quan hệ giữa góc xoắn φ và lực kích thích M theo thời gian t (r1 = 0,03m; r2 = 0,02m; Rd = 0,22m; l = 0,6m; m = 20kg) 40 3.22 ðồ thị biểu diễn quan hệ giữa góc xoắn φ và lực kích thích M theo thời gian t (r1 = 0,03m; r2 = 0,02m; Rd = 0,22m; l = 0,6m; m = 25kg) 41 3.23 ðồ thị biểu diễn quan hệ giữa góc xoắn φ và lực kích thích M theo thời gian t (r1 = 0,03m; r2 = 0,02m; Rd = 0,22m; l = 0,6m; m = 30kg) 41 3.25 Tiết diện mặt cắt ngang của trục 44 3.26 Biểu ñồ biến thiên của lực cản cắt 45 3.27 Biểu ñồ biến thiên ứng suất pháp của ñiểm ngoài cùng trên tiết diện nguy hiểm 45 3.28 Biểu ñồ biến thiên ứng suất tiếp của ñiểm ngoài cùng trên tiết diện nguy hiểm 46 3.29 Kết cấu bộ phận cắt 50 3.30 Kết cấu trục bộ phận cắt 51 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........ ........... x 3.31 Kết cấu dao cắt 52 3.32 Kết cấu ñĩa dao 52 4.1 Bản vẽ chi tiết trục bộ phận cắt 53 4.2 Bản vẽ lồng phôi trước khi hàn 55 4.3 Bản vẽ lồng phôi sau khi hàn 55 4.4 ðồ thị chế ñộ hàn 56 4.5 Sơ ñồ ñịnh vị nguyên công khỏa mặt khoan tâm 62 4.6 Sơ ñồ ñịnh vị nguyên công tiện 63 4.7 Sơ ñồ ñịnh vị nguyên công phay rãnh then 64 4.8 Biểu ñồ nhiệt luyện trục 65 4.9 Bản vẽ chi tiết dao 66 4.10 Bản vẽ lồng phôi dao 67 4.11 Sơ ñồ ñịnh vị nguyên công phay mặt phẳng 67 4.12 Sơ ñồ ñịnh vị nguyên công phay lưỡi dao 68 4.13 Sơ ñồ ñịnh vị nguyên công khoan lỗ bu lông 69 4.14 Biểu ñồ nhiệt luyện dao 69 4.15 Sơ ñồ ñịnh vị nguyên công mài lưỡi cắt 70 4.16 Bản vẽ chi tiết ñĩa dao 70 4.17 Sơ ñồ ñịnh vị nguyên công tiện lỗ 71 4.18 Sơ ñồ ñịnh vị nguyên công tiện mặt ngoài 72 4.19 Sơ ñồ ñịnh vị nguyên công khoan lỗ ghép moayơ 72 4.20 Sơ ñồ ñịnh vị nguyên công khoan lỗ lắp dao 73 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........ ........... 1 MỞ ðẦU Cùng với công nghệ sinh học, thuỷ lợi thì cơ giới hoá trong sản xuất nông nghiệp là một trong ñiều kiện ñể ñánh giá trình ñộ phát triển nông nghiệp nước ta. Việc không ngừng nâng cao năng suất lao ñộng, chất lượng nông sản giải quyết tính căng thẳng của thời vụ, của sản xuất nông nghiệp là một trong những nội dung quan trọng của sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện ñại hóa nông nghiệp nông thôn nước ta hiện nay. Nông nghiệp nước ta mang ñặc trưng của nông nghiệp nhiệt ñới có nhiều loại cây trồng có khả năng thích nghi cao ñặc biệt là cây công nghiệp như: cao su, cà phê, hạt tiêu, mía… Trong ñó cây mía có vị trí quan trọng. Cây mía và nghề làm mật, ñường ở Việt Nam ñã có từ xa xưa, nhưng công nghiệp mía ñường mới ñược bắt ñầu từ thế kỷ thứ XX. ðến năm 1994, cả nước mới có 9 nhà máy ñường mía, với tổng công suất gần 11.000 tấn mía ngày và 2 nhà máy ñường tinh luyện công suất nhỏ, thiết bị và công nghệ lạc hậu. Hàng năm phải nhập khẩu từ 300.000 ñến 500.000 tấn ñường. Năm 1995, với chủ trương “ðầu tư chiều sâu, mở rộng các nhà máy ñường hiện có, xây dựng một số nhà máy có quy mô vừa và nhỏ ở những vùng nguyên liệu nhỏ. Ở những vùng nguyên liệu tập trung lớn, xây dựng các nhà máy có thiết bị công nghệ tiến tiến hiện ñại, kể cả liên doanh với nước ngoài, sản lượng ñường năm 2000 ñạt khoảng một triệu tấn (Nghị Quyết ðại hội ðảng toàn quốc lần thứ 8)[2]. Chương trình mía ñường ñược chọn là chương trình khởi ñầu ñể tiến hành công nghiệp hoá, hiện ñại hoá nông nghiệp nông thôn, xoá ñói, giảm nghèo, giải quyết việc làm cho lao ñộng nông nghiệp. Ngành mía ñường ñược giao “Không phải là ngành kinh tế vì mục ñích lợi nhuận tối ña mà là ngành kinh tế xã hội”. Trước yêu cầu của thực tế sản xuất, ngành cơ khí nông nghiệp ñã tham Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........ ........... 2 gia nghiên cứu cơ khí hoá nhiều khâu của quy trình trồng mía như làm ñất, ñốn gốc, chăm sóc, thu hoạch, băm thái lá…Do nhiều nguyên nhân khách quan và chủ quan khác nhau, kết quả nghiên cứu còn hạn chế… chưa ñáp ứng tốt ñược yêu cầu của thực tế sản xuất trong ñó có khâu ñốn gốc mía. ðốn gốc mía là một khâu rất quan trọng ñối với công việc ñốn mía lưu gốc, phải tốn nhiều công, ñòi hỏi tính công nghệ, kĩ thuật cao và thời vụ khắt khe. Hiện nay ở nước ta việc ñốn gốc mía ở các ñịa phương chủ yếu vẫn còn thủ công nhỏ lẻ, tốn nhiều lao ñộng, chất lượng ñốn kém, không ñảm bảo thời vụ. Thực hiện cơ khí hoá tốt khâu này sẽ ñem lại hiệu quả cao cho việc trồng mía. Việc trồng lưu gốc mía thì người dân lại bỏ ngỏ chưa thật sự quan tâm. Trồng mía lưu gốc có nhiều lợi thế hơn hẳn so với diện tích trồng mới. Do giảm ñược chi phí sản xuất khoảng 30% (chủ yếu trong các khâu làm ñất, giống mía và công trồng). Mía có khả năng nảy mầm, ñẻ nhánh cây con từ gốc của vụ trước mạnh, nếu chăm sóc bón phân tốt năng suất mía cây và hàm lượng ñường của mía gốc vụ 1 cao hơn mía tơ khoảng 10,8 tấn/ha. Thời gian chăm sóc vụ gốc sớm hơn, thu hoạch sớm hơn vụ tơ 1 tháng, khẩn trương xử lý và chăm sóc kịp thời, ñúng kỹ thuật tạo ñiều kiện cho mầm mía mọc nhanh và ñều hơn. Thường là trồng 1 vụ mía tơ và 2 vụ mía lưu gốc tùy theo ñiều kiện canh tác của từng vùng. Trước yêu cầu thực tế của sản xuất, ngành cơ khí nông nghiệp ñã tham gia nghiên cứu cơ khí hoá nhiều khâu của quy trình trồng mía như làm ñất, ñốn gốc, chăm sóc, thu hoạch, băm thái lá v.v... ðốn gốc mía là một khâu rất quan trọng ñối với mía lưu gốc tốn nhiều công, ñòi hỏi kỹ thuật cao và thời vụ khắt khe. Hiện nay ở nước ta việc ñốn gốc mía ở các ñịa phương chủ yếu vẫn là thủ công tốn nhiều lao ñộng, chất lượng kém và không ñảm bảo thời vụ. Thực hiện cơ khí hoá khâu này ñem lại Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........ ........... 3 hiệu quả cao cho việc trồng mía. ðề tài cấp nhà nước giai ñoạn 2000 – 2005 “ Nghiên cứu chế tạo một số mẫu máy canh tác cho cây trồng cạn chính “ mã số KC07-11 do PGS.TS Phạm Văn Tờ chủ trì ñã nghiên cứu chế tạo thành công mẫu máy Bạt gốc mía HUA.BGM-1. Mẫu máy ñược hội ñồng nghiệm thu cấp nhà nước công nhận và nay ñược cho phép nghiên cứu hoàn chỉnh ñể chuyển giao vào sản xuất. Tuy nhiên trong quá trình thử nghiệm mẫu máy này còn nhiều tồn tại cần ñược khắc phục như: Chế ñộ ñộng học của máy, trục bị gãy, lưỡi dao nhanh mòn... Xuất phát từ tình hình trên tôi thực hiện ñề tài “Hoàn chỉnh kết cấu và công nghệ chế tạo bộ phận cắt của máy Bạt gốc mía HUA.BGM-1” ðề tài gồm những nội dung sau: 1. Nghiên cứu tổng quan về các phương pháp ñốn gốc mía trong và ngoài nước. 2. Giới thiệu các kết quả nghiên cứu Máy bạt gốc mía HUA.BGM-1. 3. Nghiên cứu hoàn thiện kết cấu bộ phận cắt máy bạt gốc mía HUA.BGM-1: Nghiên cứu ñộng lực học cơ cấu- bài toán dao ñộng của bộ ñĩa lắp dao cắt; bài toán về ñộ bền mỏi trục bộ phận cắt từ ñó lựa chọn các thông số cấu tạo của bộ phận cắt. 4. Công nghệ chế tạo mốt số chi tiết chính. 4.1.Nghiên cứu công nghệ chế tạo trục bộ phận cắt. 4.2. Nghiên cứu công nghệ chế tạo dao. 4.3. Nghiên cứu công nghệ chế tạo ñĩa dao. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........ ........... 4 CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU MÁY BẠT GỐC MÍA 1.1. Một số nét khái quát về mía lưu gốc và ñiều kiện làm việc của máy bạt gốc mía. Mía là cây công nghiệp ngắn ngày có khả năng tái sinh cao, là nguyên liệu ñể chế biến ñường, mì chính. Mía lưu gốc là mía tái sinh từ bộ gốc của mía vụ trước sau khi thu hoạch thân làm nguyên liệu ñường. Mía gốc sau khi thu hoạch mía tơ ñược gọi là mía lưu gốc vụ một. Các vụ mía tiếp theo ñược gọi là mía lưu gốc vụ hai, vụ ba. Thông thường mía lưu gốc vụ một có năng suất bằng hoặc cao hơn năng suất mía tơ. Năng suất các vụ mía lưu gốc vụ hai vụ ba bắt ñầu giảm dần số năm có thể ñể lưu gốc phụ thuộc vào ñất ñai, thời tiết sâu bệnh và kỹ thuật canh tác. Năng suất các vụ mía tái sinh phụ thuộc rất nhiều vào khâu bạt gốc mía sau khi thu hoạch. Trong tổng sản lượng mía ñường hàng năm trên thế giới ñường ñược sản xuất từ mía lưu gốc chiếm 2/3. Sở dĩ mía lưu gốc có vị trí quan trọng như vậy vì nó có các ưu ñiểm sau: - Không tốn giống, mỗi ha tiết kiệm ñược 7 – 10 tấn hom giống. - Giảm ñược lao ñộng lúc nông vụ khẩn trương vì thời ñểm thu họach mía thường trùng với thu hoạch cây lúa xuân nên lao ñộng rất căng thẳng. - Rải ñược thời gian chăm sóc vì thường chăm sóc mía gốc trước mía tơ 15- 30 ngày, nhờ ñó kéo dài thời gian chăm sóc ñầu vụ. - Hạn chế sói mòn ñối với các vùng ñất dốc, mưa nhiều và giảm ñược số lần cày bừa. - ðối với những nơi không ñủ ñất luân canh vụ mía gốc cuối chu kì có thể thu hoạch sớm ñể tranh thủ làm vụ cây ngắn ngày cải tạo ñất trước khi Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........ ........... 5 trồng mía cho vụ mới. Mía gốc có bộ rễ nhiều, ăn sâu nếu vụ trước chăm sóc tốt. Sau khi thu hoạch bộ gốc còn lại có bộ rễ nhiều phân bố rộng và sâu. Bộ rễ này phần lớn có khả năng hút nước và chất dinh dưỡng. Ngoài ra bộ rễ già nằm dưới mặt ñất ra khá nhiều rễ mới hỗ trợ thêm cho bộ rễ cũ hút chất dinh dưỡng cho cây. Nhìn chung 3- 4 tháng ñầu mía gốc vươn cao hơn mía tơ. Tuỳ theo cách trồng nông hay sâu, công cụ thu hoạch và cách sử lí gốc các ñoạn gốc còn lại mỗi khóm có từ 15- 25 mầm, bình quân có khoảng trên dưới 20 mầm, trong ñó số mầm tốt chiếm từ 60- 80%. Nhìn chung các mầm mọc từ gốc trên mặt ñất yếu, khả năng phát triển kém. Ngược lại càng sâu dưới ñất thì mầm càng to khoẻ hơn các mầm mía tơ mọc từ hom. Vì các mầm này mọc từ cây mẹ cha thu hoạch ñược cây mẹ trực tiếp nuôi dưỡng. Vì vậy cùng một ñoạn dài bằng nhau trọng lượng của mía mầm gấp 3 – 4 lần mầm mía tơ . Sau một vụ ñất thường bị nén chặt các mầm ở dưới cùng to khoẻ song lại bị vùi sâu dưới ñất, bị ñất bao chặt thiếu dưỡng khí, cản trở sự sinh của mầm sau khi thu hoạch cây mẹ. Sau khi thu hoạch cây mẹ nếu xử lý gốc kịp thời tạo ñiều kiện thông thoáng cho bộ rễ và các mầm ngầm thì số mầm này sẽ sinh trưởng rất nhanh. Nếu không xử lý kịp thời, ñất không thông thoáng thì các mầm ngầm ở dưới sâu có thể bị hỏng làm cho gốc mía thiếu cây. * ðặc ñiểm về mật ñộ và sự phân bố gốc mía: Các loại giống mía trồng phổ biến hiện nay ở nước ta: VN 84-4137, ROC 1, ROC 16, Vð 79-177, Qð 11, K 84-200, R 570, VN 84-2611… Tùy thuộc vào giống mía, vụ mía, mức ñộ thâm canh mía mà sự phân bố gốc mía và mật ñộ gốc mía khác nhau. Trung bình có 6 ñến 12 gốc cây/1m chiều dài luống. Tuy nhiên các gốc cây không rải ñều mà qui tụ theo từng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........ ........... 6 khóm, khoảng cách giữa các khóm phụ thuộc vào quá trình canh tác trước ñó thường từ 0,6m ÷ 0,8m. Các khóm mía thường có mật ñộ phân bố ñặc trưng bình 6 ñến 9 gốc cây/khóm, ñường kính khóm dao ñộng trong khoảng 0,25m ÷ 0,4m. Hình 1.1 mô phỏng hình ảnh phân bố gốc mía dọc theo ñường tâm của luống. Hình 1.1 Mô phỏng về sự phân bố gốc mía Trong thực tế sản xuất do thu hoạch mía bằng thủ công nên gốc mía sau khi thu hoạch còn lại cao hơn mặt ñất từ 5 ÷ 10 cm thậm chí 20 cm. ðể thâm canh mía như ñã phân tích ở trên, công việc cần thiết là phải ñốn các gốc mía trước khi các mầm mía phát triển. Thời gian thích hợp nhất là trong vòng 7÷8 ngày sau khi thu hoạch. * ðặc ñiểm về cơ lý tính của gốc mía Cơ lý tính của gốc mía có quan hệ mật thiết tới chi phí năng lượng cắt. Tùy theo ñặc ñiểm của từng loại mía, vị trí cắt, mùa vụ thu hoạch...mà chi phí năng lượng này có sự khác nhau. Nghiên cứu về lực cắt, công cắt một cây mía ứng với các góc cắt trượt khác nhau cũng ñã ñược nghiên cứu tại khoa Cơ – ðiện, trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội [5]. Kết quả nghiên cứu cho thấy, lực cắt cực ñại nằm trong phạm vi từ 0,4 kN ñến 0,7kN; phạm vi góc cắt trượt hợp lý τ = 300 ñến 400. ðối với vùng nguyên liệu mía diện tích lớn, ñể giải quyết khâu ñốn gốc mía không thể tiến hành thủ công như dùng dao, cuốc ñược vì năng suất thấp và chất lượng không ñảm bảo vì thế cần ñược tiến hành cơ giới hoá. 0,6m ÷0,8m 0,25m ÷0,4m Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........ ........... 7 1.2. Tình hình nghiên cứu cơ khí hoá khâu ñốn gốc mía trên thế giới ðối với các nước pháp triển như: Mỹ, Brazil, Úc, Pháp, Thái Lan, Pakistan, … việc cơ khí hoá các khâu canh tác cho mía ñã ñược giải quyết rất triệt ñể và ñồng bộ. Công việc thu hoạch mía ñược tiến hành bằng máy và bộ phận cắt của máy thu hoạch mía có thể cắt sát ñất do ñó không cần phải ñốn lại gốc. ðối với các nước ñang phát triển và chậm phát triển thì do công việc thu hoạch chủ yếu vẫn là thủ công cho nên tình trạng gốc mía sau khi thu hoạch có ñộ cao thấp khác nhau, ñể chăm sóc cho các vụ mía sau cần thiết phải tiến hành ñốn lại gốc mía. ðốn gốc mía cần phải tiến hành khẩn trương và tốn nhiều công. ðể nâng cao năng suất, giảm chi phí lao ñộng, ñảm bảo chất lượng thời vụ và chất lượng ñốn, nhiều nước trên thế giới ñã nghiên cứu ñưa cơ khí vào khâu ñốn gốc mía như: Trung Quốc, Ấn ðộ, Pakistan, Thái Lan, Brazil… Dưới ñây sẽ giới thiệu một số mẫu máy của các nước ñã thiết kế, chế tạo và ñưa ra sản xuất. a. Máy ñốn gốc mía ở Pakistan Hình 1.2 Máy ñốn gốc mía Pakistan Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........ ........... 8 1. ðầu nối trục thu công suất 2. Hộp số 3. Cơ cấu treo 4. Cơ cấu ñiều chỉnh Máy ñược lắp sau máy kéo và ñược truyền qua trục thu công suất. Máy làm việc với năng suất bằng 20 ÷25 người. Máy bao gồm phần khung chính, ñĩa tròn có gắn lưỡi dao cắt, hộp số truyền ñộng, tấm che phủ và tấm trượt ñiều khiển nông sâu. ðĩa dao quay với tốc ñộ 350 vòng/phút ứng với một số máy kéo ở tốc ñộ 1800 vòng/phút. Máy có kích thước 1600x1800x1025. Năng suất máy ñạt 0,2 ha/giờ. b. Máy ñốn gốc mía của Ấn ðộ Hình 1.3 Máy ñốn gốc mía của Ấn ðộ 1. Cơ cấu treo 2. Hộp số 3. Trục các ñăng 4. Thùng ñựng phân Máy ñược lắp sau máy kéo, truyền ñộng qua trục thu công suất. Máy có rất nhiều chức năng như chặt, xới móc và bón phân giữa hai hàng mía. Năng suất ñạt 3,5 ÷4 ha/ngày. ðĩa dao quay với tốc ñộ 750 ÷800 vòng/phút. c. Máy ñốn gốc mía của Trung Quốc Máy ñược lắp ñằng sau máy kéo truyền ñộng qua trục thu công suất. Ngoài bộ phận chặt gốc mía còn có bộ phận chăm sóc. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........ ........... 9 Máy bao gồm khung chính, ñĩa tròn có gắn lưỡi dao cắt, hộp số truyền ñộng và bánh xe ñiều chỉnh ñộ nông sâu. Máy chặt ñược một hàng. ðĩa dao quay với tốc ñộ 700 ÷800 vòng/phút. 1.3. Tình hình nghiên cứu cơ khí hóa khâu ñốn gốc mía ở trong nước Ở nước ta công ñoạn chặt gốc mía hầu hết còn ở dạng thủ công với công cụ là dao chặt có chuôi dài, khó chặt sát gốc. Theo quan sát ở Tây Ninh, ñoạn gốc còn lại trên luống cao từ 10 ÷12cm trên mặt ñồng. Tỉ lệ hao hụt lên tới 27%. Hơn nữa theo yêu cầu nông học ở những ruộng cần lưu gốc mía cần phải ñược chặt ngầm ở dưới ñất, bỏ phần trên chỉ giữ lại phần dưới dài 6 ÷10cm. Bộ rễ gồm từ 3 ÷5 ñai rễ ñể ñảm bảo mầm mía vụ sau khoẻ mạnh, không chòi gốc cao. Một số nơi ñang ứng dụng loại cuốc bàn kiểu nhỏ của Trung Quốc ñể chặt ngầm. Một số nơi ở miền Tây Nam Bộ dùng chế thay dao. Khi chặt không cần vung tay mà chỉ cần ấn chế vào gốc mía ñể cắt. Nhìn chung là ở các phương pháp trên cho năng suất ñều thấp, tốn sức lao ñộng và không cơ ñộng. ðể khắc phục các khó khăn hiện nay nhằm cơ giới hoá từng khâu thu hoạch góp phần phát triển nhanh cây mía nên ñưa ra các hướng trang bị phù hợp với ñiều kiện nước ta. Các nhà khoa học trong nước ñang nghiên cứu và thiết kế chế tạo ra các mẫu máy ñốn gốc mía, góp phần giúp bà con nông dân ñỡ ñần ñi phần nào sức lao ñộng của mình. Từ các khâu trồng mía, chăm sóc, bóc lá mía, ñốn gốc mía… các nhà khoa học trong nước cũng ñã khảo nghiệm, thiết kế và ñã ñưa ra ñược mô hình phục vụ cho sản xuất. Máy chặt gốc mía do viện cơ ñiện thiết kế. Về cơ bản cũng giống như máy của Ấn ðộ. Máy ñược lắp ñằng sau máy kéo, truyền ñộng qua trục thu công suất. Năng suất ñạt 3,5 ÷4 ha/ngày. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội cũng ñã ñưa ra các mẫu máy ñốn gốc mía làm việc theo hai nguyên lý khác nhau. Mẫu thứ nhất có nguyên lý Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........ ........... 10 lưỡi cắt dạng tam giác phẳng dao ñộng lắc quanh một trục biểu diễn trên hình vẽ dưới ñây. 4 2 3 1 γ Hình 1.4 Sơ ñồ nguyên lý máy ñốn gốc mía có lưỡi dao ñộng 1- ðĩa tay quay; 2- Thanh truyền; 3- Lưỡi; 4- Giá (khung) Mẫu máy ñốn gốc mía có nguyên lý dao lắp lỏng trên rô to nằm ngang có sơ ñồ biểu diễn ở hình vẽ dưới ñây. Hình 1.5 Sơ ñồ nguyên lý máy ñốn gốc mía có dao lắp lỏng trên roto nằm ngang Ưu ñiểm của mẫu máy này là có thể thực hiện công việc ñốn gốc mía ñồng thời của việc băm thái lá mía, có khả năng giảm chi phí lao ñộng. có nhược ñiểm là chất lượng cắt chưa tốt, sau khi cắt gốc mía thường bị tước, mặt cắt không ñều còn có thể bị bật gốc mía. ðề tài cấp nhà nước giai ñoạn 2000 – 2005 “ Nghiên cứu chế tạo một số mẫu máy canh tác cho cây trồng cạn chính “ mã số KC07-11 do PGS.TS Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........ ........... 11 Phạm Văn Tờ chủ trì ñã nghiên cứu chế tạo thành công mẫu máy Bạt gốc mía HUA.BGM-1. Hình 1.6 Máy Bạt gốc mía HUA.BGM-1. Máy ñốn gốc mía loại này dựa trên nguyên lý lưỡi dao cắt ñược lắp trên ñĩa quay gắn trên trục thẳng ñứng với mặt ñường. Cấu tạo của máy gồm 3 bộ phận chính: khung máy, cụm ñĩa dao và cụm bánh xe. Dưới ñây là kết cấu các bộ phận chính của máy, hình 1.7 và 1.8. 13 4 5 6 7 2 Hình 1.7 Mô hình hệ thống truyền ñộng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........ ........... 12 1- Trục các ñăng; 2- Trục sơ cấp; 3- Ổ lăn; 4- Bánh răng chủ ñộng; 5- Bánh răng bị ñộng; 6- Trục thứ cấp; 7- ðĩa dao 12345678 9 10 11 12 13 15 14 16 17 Hình 1.8 Kết cấu máy bạt gốc mía 1-Dao, 2. ðĩa, 3. Ống bao, 4. Bulông bắt dao. 5-Tấm kê dao 6.Trục lưỡi rạch, 7.Lưỡi rạch, 8.Bánh xe, 9. Trục bánh xe 10.Bánh xe, 11.Khung máy, 12.Tay ñiều chỉnh, 13.Thanh treo ngang 14.Thanh treo dọc, 15.Hộp số, 16.Chốt treo dưới, 17. ốp trục lưỡi sới 18. ðầu trục hộp số Các mẫu máy do trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội thiết kế còn ñang ñoạn nghiên cứu thăm dò, thử nghiệm, tuy có một số ưu ñiểm so với nguyên lý khác nhưng còn có nhiều hạn chế cần phải tiếp tục nghiên cứu thêm, vì vậy Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........ ........... 13 vẫn chưa ñược ứng dụng rộng rãi trong sản xuất. Trước thực tế muốn cơ khí hoá cơ khí khâu ñốn gốc mía ở nước ta cần nghiên cứu thiết kế chế tạo một mẫu máy ñốn gốc mía ñảm bảo ñược yêu cầu kỹ thuật ñốn, ñơn giản, dễ sử dụng, làm việc chắc chắn và giá thành thấp. Hướng nghiên cứu của ñề tài là nghiên cứu dựa trên nguyên lý, lý thuyết tính toán các thông số và xác ñịnh kết cấu máy hợp lý ñảm bảo các yêu cầu ñặt ra. Tính toán ñể ñưa ra ñược kết quả các số liệu hợp lý ñể có thể chế tạo ñược mẫu máy hợp lý và có thể ứng dụng trong sản xuất, thu hoạch. Trong tất cả các mẫu trên thì mẫu máy Bạt gốc mía HUA.BGM-1 có các ưu ñiểm nổi bật như sau: - ðảm bảo ñược yêu cầu kỹ thuật ñốn - Có kết cấu ñơn giản, dễ sử dụng làm việc chắc chắn và giá thành hạ. - Mẫu máy ñã ñược nghiên cứu kỹ về ñộng học và ñộng lực học - ðã ñược thử nghiệm thành công ñem lại hiệu quả cao Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........ ........... 14 CHƯƠNG II GIỚI THIỆU CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU MÁY BẠT GỐC MÍA HUA.BGM-1 2.1. Các kết quả nghiên cứu ñộng học và ñộng lực học của máy 2.1.1. Kết cấu máy ñốn gốc mía Máy ñốn gốc mía loại này dựa trên nguyên lý lưỡi dao cắt ñược lắp trên ñĩa quay gắn trên trục thẳng ñứng với mặt ñường. Cấu tạo của máy gồm 3 cụm chi tiết chính: khung máy, cụm ñĩa dao và bộ phận truyền ñộng. 12345678 9 10 11 12 13 15 14 16 17 Hình 2.1 Kết cấu máy ñốn gốc mía 1-Dao, 2. ðĩa, 3. Ống bao, 4. Bulông bắt dao. 5. Tấm kê dao, 6. Trục lưỡi rạch, 7.Lưỡi rạch, 8.Bánh xe, 9. Trục bánh xe, 10. Bánh xe, 11. Khung máy, 12.Tay ñiều chỉnh, 13.Thanh treo ngang, 14.Thanh treo dọc, 15. Hộp số, Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........ ........... 15 1 2 3 4 5 6 7 16.Chốt treo dưới, 17. ốp trục lưỡi sới, 18. ðầu trục hộp số. Khung máy gồm các tấm thép hình chữ U hàn lại với nhau. Kích thước bao là 1140x700x320. Trên khung có làm các giá ñể ñặt hộp bánh răng dẫn ñộng từ trục thu công suất của máy kéo, giá ñặt trục bánh xe, giá ñể liên kết cụm dao cắt, các thanh treo trên, thanh treo giữa. Hình 2.2 Kết cấu khung máy 1. Giá bắt cụm bánh xe, 2. Khung máy, 3. Tai chốt treo, 4. Chốt treo, 5. Thanh treo trên, 6. Thanh treo dưới Cụm ñĩa dao: Gồm ñĩa dao dạng tròn, trên ñĩa có gắn các dao cắt. ðĩa dao ñước lien kết với trục thông qua cụm moayơ ñĩa. Trục ñược gối lên hai ổ Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........ ........... 16 lăn và ñược dẫn ñộng từ cụm bánh răng. Trục ñược ñặt trong ống bao. Dao cắt ñược gắn chặt vào ñĩa dao nghiêng so với phương ñường kính một góc 350 ñể có ñộ trượt khi ñốn gốc mía. Thường trên ñĩa lắp 3 dao. 7 8 1 2 3 6 5 4 35 ° Hình 2.3 Kết cấu bộ phận cắt 1. ðĩa bắt dao 2. Moayơ ñĩa 3. Ổ lăn 4. Trục 5. ống bao 6. Mặt bích ống bao 7. Dao 8. Tấm kê dao Cụm bánh xe: Máy ñốn gốc mía gồm có hai bánh xe ñể ñỡ và di chuyển ñược trên hai rãnh của luống mía. Cụm bánh xe gồm có bánh xe, trục bánh xe, giá ñỡ trục, chốt ñiều chính ñộ cao thấp bánh xe. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........ ........... 17 1 1 1 6 9 10 4 Hình 2.4 Kết cấu cụm bánh xe 1- Vành bánh xe; 2- Moay ơ bánh xe; 3- Trục bánh xe; 4- ðai ốc trục bánh xe; 5- Trục bánh xe; 6- Giá ñỡ; 7- Chốt ñiều chỉnh; 8- ðai ốc; 9- Vít ñiều chỉnh; 10- Tay ñiều chỉnh. 2.1.2. Các thông số chính của máy Chất lượng cắt gốc phụ thuộc và nhiều yếu tố: số dao lắp trên ñĩa, ñường kính ñĩa dao, góc mài của lưỡi, tốc ñộ cắt...Chất lượng vết cắt ñánh giá theo tình trạng nhát cắt trên thân gốc mía. Qua nghiên cứu cho thấy ñể ñảm bảo chất lượng cắt, các thông số kỹ thuật cần ñạt ñược của máy khi làm việc là: - Tốc ñộ quay của trục là n = 600 ÷ 800 vòng/phút - Vận tốc tiến của máy là Vm = 0,8 ÷ 1,5m/s (3 ÷6 km/h) - Bán kính ñĩa dao cắt là Rd = 220mm - Chiều dài dao cắt là 150mm - Số dao lắp trên ñĩa cắt là 3 dao. Hình 2.5 giới thiệu mô hình của mẫu máy. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật........ ........... 18 Hình 2.5 Mô hình máy ñốn gốc mía Hình 2.6 Chất lượng cắt gốc mía 2.2 Những tồn tại cần ñược khắc phục của mẫu máy: Mẫu máy ñã ñược hội ñồng nghiệm thu cấp nhà nước công nhận và nay ñược nhà nước cho phép nghiên cứ._.