Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm máy băm thái rơm rạ trong cơ khí hoá các khâu sản xuất nấm và mạ thảm

Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o tr−êng ®¹i häc n«ng nghiÖp i NguyÔn hoµng ®¹i Nghiªn cøu thiÕt kÕ, chÕ t¹o vµ kh¶o nghiÖm m¸y b¨m th¸i r¬m r¹ trong c¬ khÝ ho¸ c¸c kh©u s¶n xuÊt nÊm vµ m¹ th¶m LuËn v¨n th¹c sÜ kü thuËt Chuyªn ngµnh: kü thuËt m¸y vµ thiÐt bÞ c¬ giíi ho¸ N«ng l©m nghiÖp M· sè: 60.52.14 Ng−êi h−íng dÉn khoa häc: TS. Lª minh l− Hµ néi - 2007 i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan rằng những số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào. Tôi xin cam ñoan rằng mọi sự giúp cho việc thực hiện luận văn này ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả Nguyễn Hoàng ðại ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS. Lê Minh Lư, người thầy trực tiếp hướng dẫn và giúp ñỡ tôi trong thời gian thực hiện ñề tài, các thầy giáo PGS-TS. Lương Văn Vượt, TS. ðỗ Hữu Quyết, Thạc sĩ ðặng ðình Trình và các thầy cô trong bộ môn Cơ học kỹ thuật, Khoa cơ ñiện, Khoa sau ðại học trường ðại học Nông nghiệp I – Hà Nội ñã giúp ñỡ và tạo ñiều kiện cho tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn này. Tác giả Nguyễn Hoàng ðại iii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ðOAN...............................................................................................i LỜI CÁM ƠN ..................................................................................................ii MỤC LỤC .......................................................................................................iii DANH MỤC CÁC BẢNG ...............................................................................v DANH MỤC CÁC HÌNH ...............................................................................vi MỞ ðẦU........................................................................................................i Chương 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ..................................................3 1.1TỔNG QUAN VỀ PHỤ PHẨM RƠM RẠ TRONG NÔNG NGHIỆP.3 1.2. MỘT SỐ QUY TRÌNH KỸ THUẬT XỬ LÝ RƠM RẠ.....................5 1.2.1. Xử lý rơm rạ sau thu hoạch thành phân bón cho cây trồng [10] .....5 1.2.2. Xử lý rơm rạ sau thu hoạch ưng dụng trong Kỹ thuật trồng nấm [1]....7 1.2.3. Xử lý rơm ra ứng dụng trong quá trình gieo mạ thảm...................10 1.3. MỘT SỐ MÁY BĂM THÁI ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP .........................................................................................10 1.3.1. Máy băm cỏ của anh “Hai lúa” (22/03/07) ......................................10 1.3.2. Một số máy băm khác.......................................................................12 1.4. YÊU CẦU CÔNG NGHỆ CỦA QUÁ TRÌNH BĂM THÁI.............12 1.5. MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN...............................13 Chương 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...........................................14 2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT ...............................14 2.2. PHƯƠNG PHÁP ðIỀU TRA KHẢO SÁT ........................................14 2.3. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ðÁNH GIÁ......................................15 2.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHẢO NGHIỆM [7] ...................15 Chương 3: LỰA CHỌN NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ TÍNH TOÁN MỘT SỐ THÔNG SỐ CHÍNH CỦA MÁY BĂM THÁI RƠM RẠ ........17 iv 3.1. ðẶC ðIỂM CƠ LÝ TÍNH CỦA RƠM RẠ.......................................17 3.1.1. ðộ ẩm yêu cầu của rơm rạ trước khi băm thái .................................17 3.1.2. Khối lượng riêng của rơm khô ở trạng thái tự nhiên .......................17 3.1.3. Hệ số ma sát tĩnh của rơm rạ ..........................................................18 3.1.4. Khả năng chịu cắt không có trượt của rơm rạ [7] ..........................18 3.2. LỰA CHỌN NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY.........................19 3.2.1 Các nguyên lý cắt thái rau, cỏ, rơm..................................................19 3.3. XÁC ðỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA MÁY CẮT THÁI ....21 3.3.1. Sơ ñồ cấu tạo nguyên lý làm việc của máy cắt thái .........................21 3.3.2. Cơ sở lý thuyết về cắt thái ................................................................21 3.3.3. Xác ñịnh các thông số chính của máy cắt thái.................................42 3.3.4. Xác ñịnh mô men cắt thái và công suất ñộng cơ ...............................48 3.4. THÀNH LẬP BÀI TOÁN PASSCAL TÍNH CÁC THÔNG SỐ CỦA MÁY............................................................................................................54 Chương 4: THIẾT KẾ CHẾ TẠO VÀ KHẢO NGHIỆM MÁY..............60 .....................................................................................................................60 4.1. THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ PHẬN CẮT THÁI..................................60 4.1.1. Dao cắt thái .......................................................................................60 4.1.2. Tấm kê...............................................................................................61 4.1.3. Buồng cắt thái ...................................................................................61 4.2. THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ PHẬN CUNG CẤP.................................62 4.2.1. Hệ trục cuốn......................................................................................62 4.2.2. Băng tải .............................................................................................64 4.3. THIẾT KẾ BỘ PHẬN TRUYỀN ðỘNG...........................................64 4.3.1. Chọn ñộng cơ ....................................................................................64 4.3.2. Tính toán bộ truyền cho dao thái.....................................................65 4.4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC ........................................................72 v 4.4.1. Thiết kế chế tạo trục dao [3],[4] .......................................................72 4.4.2. Trục lô ép, trục trống tang và các trục truyền khác .......................73 4.5. THIẾT KẾ KHUNG MÁY...................................................................74 4.6. KHẢO NGHIỆM MÁY.......................................................................75 4.6.1. Mục ñích và yêu cầu khảo nghiệm...................................................75 4.6.2. Nội dung khảo nghiệm......................................................................76 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................83 TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................84 Phụ lục ........................................................................................................85 vi DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Tên bảng Trang Bảng 1.1 Diện tích và sản lượng lúa của nước ta từ (2001- 2006) [ 8] 3 Bảng 1.2. Khối lượng phụ phẩm sau khi thu hoạch lúa từ năm 2001 ÷ 2006 5 Bảng 2.1. Kết quả khảo nghiệm 15 Bảng 3.1. Xác ñịnh khối lượng riêng của rơm 17 Bảng 3.2. Hệ số ma sát của rơm khô với các loại vật liệu 18 Bảng 3.3. Sự liên hệ giữa lực cắt N và ñộ dịch chuyển của dao S 23 Bảng 4.1. Kích thước tiết diện của ñai thang 65 Bảng 4.2. Chiều dài sản phẩm ñối với rơm sóng có ñộ ẩm W = 70% 79 Bảng 4.3. Chiều dài sản phẩm ñối với rơm rối có ñộ ẩm W = 58% 79 Bảng 4.4. Chiều dài sản phẩm ñối với rơm rối có ñộ ẩm W = 85% 79 vii DANH MỤC CÁC HÌNH Số hình Tên hình Trang Hình 1.1. Máy băm cỏ 10 H×nh 3.2. S¬ ®å qu¸ tr×nh c¾t th¸i b»ng l−ìi dao 18 Hình 3.3. Sơ ñồ cấu tạo các bộ phận máy thái rau cỏ rơm 19 Hình 3.4. Sơ ñồ cấu tạo bộ phận thái củ quả kiểu bào gỗ 20 Hình 3.5. Sơ ñồ cấu tạo các bộ phận chính của máy cắt thái 21 Hình 3.6. Tác dụng cắt thái của lưỡi dao 22 Hình 3.7. Mẫu sơ ñồ thí nghiệm về cắt thái 22 Hình 3.8. ðồ thị phụ thuộc của lực cắt thái N vào ñộ dịch chuyển S 23 Hình 3.9. Tác dụng cắt trượt giảm chiều rộng lát thái 24 Hình 3.10. Sơ ñồ quá trình cắt thái bằng lưỡi dao 25 Hình 3.11. ðồ thị phụ thuộc của q và τ 26 Hình 3.12. Cạnh sắc lưỡi dao 26 Hình 3.13. Góc cắt thái 27 Hình 3.14. ðồ thị phụ thuộc lực cắt với ñộ thái sâu 27 Hình 3.15. ðồ thị phụ thuộc q, Act, pt với v 28 Hình 3.16. Phân tích vận tốc của các ñiểm M ở cạnh sắc lưỡi dao AB khi tác ñộng vào vật thái 28 Hình 3.17. Phân tích tác ñộng giữa lưỡi dao và vật thái 30 Hình 3.18. Dụng cụ ño lực cắt thái và áp suất cắt thái riêng 33 Hình 3.19. Tác dụng giảm lực cắt thái pháp tuyến τ ,ϕ≤ 33 Hình 3.20. ðồ thị phụ thuộc δ với N 35 Hình 3.21. Góc kẹp χ và ñiều kiện 2,1, ϕϕχ +≤ 35 Hình 3.22. ðồ thị phụ thuộc của q với W% 38 Hình 3.23. Sơ ñồ dao thái ñể tính năng lượng 38 Hình 3.24. Xét ñoạn dao thái S với góc quay dθ 39 viii Hình 3.25. ñồ thị q= F(τ ) 40 Hình 3.26. Dụng cụ ño góc cắt trượt 41 Hình 3.27. ðồ thị f, = F (tgτ ) 41 Hình 3.28. Sự phụ thuộc của Ar với góc τ 42 Hình 3.29. ðồ thị xác ñịnh q, f’ theo ñộ trượt τ 43 Hình 3.30. Miền giới hạn tác dụng của lưỡi dao 44 Hình 3.31. Sơ ñồ dao thái lưỡi cong theo vòng tròn lệch tâm 45 Hình 3.32. Sơ ñồ xác ñịnh các vị trí của dao 48 Hình 3.33. Xác ñịnh toạ ñộ các ñiểm trong vùng cắt thái của lưỡi dao 51 Hình 3.34. ðồ thị công cắt thái riêng 57 Hình 3.36. ðồ thị tính mômen cắt thái 57 Hình 4.1. Bản vẽ chế tạo dao 60 Hình 4.2. Bản vẽ chế tạo tấm kê 61 Hình 4.3. kích thước chế tạo buồng cắt thái 61 Hình 4.4. kích thước chế tạo các lô và các mặt bích 63 Hình 4.5. Cơ cấu lò xo ép 63 Hình 4.6. kết cấu lắp ghép trống băng tải chủ ñộng (a), bị ñộng (b) 64 Hình 4.7. Biểu ñồ lực và mô mem trên trục dao 72 Hình. 4.8. Bản vẽ chế tạo trục dao 73 Hình 4.9. Kích thước kết cấu khung máy 74 Hình 4.10. Máy băm thái rơm rạ 75 Hình 4.12.Băng tải 77 Hình 4.13. Bộ phận truyền ñộng 77 Hình 4.14. Bộ phận cắt thái 78 1 MỞ ðẦU ðất nước ta ñang trong thời kỳ phát triển mạnh mẽ do mở cửa và hội nhập, song môi trường hiện ñang bị ô nhiễm nặng nề. ðó là những vấn ñề có tính thời sự, yêu cầu sự phát triển cân bằng ñang ñược ñặt ra hơn bao giờ hết. Nước ta là một nước nông nghiệp ñang phát triển, trong những năm gần ñây do chính sách ñổi mới mà nền nông nghiệp nước nhà có một bước phát triển ngoạn mục, trở thành một trong những nước xuất khẩu gạo hàng ñầu thế giới (trung bình khoảng 3,5 triệu tấn gạo ñược xuất khẩu hàng năm). Nông nghiệp phát triển ñã tạo ra một lượng lớn phụ phẩm và phế thải cả trong thu hoạch và sau chế biến (trên 50 triệu tấn/năm). Nếu ñược khai thác sử dụng thì ñây là nguồn năng lượng có khả năng tái tạo, sử dụng mà không mất ñi khả năng dự trữ. ðồng bằng sông Cửu Long là vựa lúa của cả nước (chiếm trên 50% sản lượng), nơi có một lượng trấu, rơm rạ dư thừa khá lớn. Tuy nhiên, ñốt chúng ở dạng thô thường không hấp dẫn người sử dụng, mặt khác việc vận chuyển ñi xa là khó khăn và không kinh tế. Chính vì vậy việc sử dụng rơm rạ và phụ phẩm của sản xuất lúa vào sản xuất các sản phẩm nông nghiệp khác là vấn ñề rất cần thiết và mang tính cấp thiết. Việc sử dụng rơm rạ cho sản xuất nấm là một trong những hướng ñi có triển vọng và ñang ñược phát triển mạnh mẽ , mang lại hiệu quả kinh tế ñáng kể cho sản xuất nông nghiệp. Trong qui trình sản xuất nấm và mạ thảm công ñoạn băm thái rơm rạ là khâu rất nặng nhọc và tốn công lao ñộng. ðể phát triển sản xuất nấm và mạ thảm với giá thể rơm rạ ñòi hỏi phải tạo ra các máy băm thái rơm rạ ñáp ứng ñược nhu cầu sản xuất là yêu cầu cấp thiết và có ý nghĩa to lớn. Ngành chăn nuôi hiện nay cũng rất phát triển xuất hiện các nông trại chăn nuôi ñại gia súc (trâu, bò…) ngày càng nhiều, vấn ñề ñòi hỏi là phải tích 2 trữ thức ăn cho gia súc vào mùa ñông, ñối với trâu, bò thức ăn chủ yếu là rơm và cỏ, việc băm thái rơm rạ là công ñoạn cần thiết cho quá trình bảo quản, tích trữ rơm rạ vào mùa trái vụ. Chính vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế chế tạo một mẫu máy băm thái rơm rạ ñể phục vụ cho sản suất nấm, mạ thảm cũng là một vấn ñề ñược ñặt ra. Xuất phát từ những yêu cầu cấp thiết của thực tiễn nói trên chúng tôi thực hiện luận văn: “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm máy băm thái rơm rạ trong cơ khí hoá các khâu sản xuất nấm và mạ thảm” do giảng viên TS. Lê Minh Lư hướng dẫn. 3 Chương 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1. TỔNG QUAN VỀ PHỤ PHẨM RƠM RẠ TRONG NÔNG NGHIỆP Từ hàng nghìn năm nay cây lúa là cây lương thực chủ yếu của nước ta, hiện nay nó vẫn ñóng vai trò là cây lương thực chính ñảm bảo an ninh lương thực cho cả nước và cho xuất khẩu. Diện tích và sản lượng lúa của cả nước từ năm 2001 ÷ 2006 phân theo vùng miền ñược trình bầy trên bảng 1.1. Bảng 1.1 Diện tích và sản lượng lúa của nước ta từ (2001- 2006) [ 8] DIỆN TÍCH LÚA CẢ NĂM PHÂN THEO VÙNG - MIỀN ðơn vị: 1000 ha - Unit: 1000 ha Năm - Years Số TT Tỉnh/Thành phố Provinces/Cities 2001 2002 2003 2004 2005 2006 CẢ NƯỚC - WHOLE COUNTRY 7.492,7 7.504,3 7.452,1 7.445,3 7.326,4 7.324,7 Miền Bắc - North 2.601,3 2.599,5 2.583,7 2.555 2.521,1 2.515,6 1 ðồng bằng Sông Hồng Red River Delta 1.202,5 1.196,5 1.183,5 1.161,6 1.138,8 1.123,9 2 ðông Bắc - North East 558,0 562,4 566,1 557,2 555,5 553,6 3 Tây Bắc - North West 139,6 140,1 139,5 151,1 152,7 154,4 4 Bắc Trung Bộ North Central Coast 701,2 700,5 694,6 685,5 674,1 683,6 Miền Nam - South 4.891,4 4.904,8 4.868,4 4.889 4.805,3 4.809,1 5 Duyên Hải Nam Trung Bộ South Central Coast 414,0 399,5 408,4 401,1 370,2 392,5 6 Tây Nguyên - Central Highlands 180,8 186,6 193,8 197,9 190,7 207,6 7 ðông Nam Bộ South Central Coast 504,6 483,9 478,8 475,2 418,1 435,5 8 ðồng bằng sông Cửu Long Mekong River Delta 3.792,0 3.834,8 3.787,3 3.815,7 3.826,3 3.773,4 4 SẢN LƯỢNG LÚA CẢ NĂM PHÂN THEO VÙNG - MIỀN ðơn vị:1000 tấn - Unit: 1000 tons Năm - Year Số TT Tỉnh/Thành phố Provinces/Cities 2001 2002 2003 2004 2005 2006 CẢ NƯỚC - WHOLE COUNTRY 32.108,4 34.447,2 34.568,8 36.148,9 35.790,8 35.827,6 Miền Bắc - North 12.076,9 12.740,3 12.671,8 13.127,4 12.448,7 13.113,0 1 ðồng bằng Sông Hồng Red River Delta 6.419,4 6.752,2 6.487,3 6.710,2 6.199,0 6.528,8 2 ðông Bắc - North East 2.249,9 2.374,6 2.475,2 2.490,6 2.537,7 2.512,4 3 Tây Bắc - North West 440,7 457,5 488,2 548,8 546,2 587,0 4 Bắc Trung Bộ North Central Coast 2.966,9 3.156,0 3.221,1 3.377,8 3.165,8 3.484,8 Miền Nam - South 20.031,5 21.706,9 21.897,0 23.021,5 23.342,1 22.714,6 5 Duyên Hải Nam Trung Bộ South Central Coast 1.707,1 1.711,0 1.878,3 1.890,8 1.774,8 1.928,2 6 Tây Nguyên Central Highlands 646,2 606,6 748,2 781,4 714,5 891,5 7 ðông Nam Bộ South Central Coast 1.680,7 1.679,7 1.742,7 1.782,1 1.618,3 1.701,4 8 ðồng bằng sông Cửu Long Mekong River Delta 15.997,5 17.709,6 17.527,8 18.567,2 19.234,5 18.193,5 Cây lúa ngoài hạt thu hoạch làm lương thực còn có rơm rạ, vỏ trấu là phụ phẩm. Thông thường cây lúa có ñộ hạt β = 1/7 ÷ 1/5 tức là khối lượng hạt chiếm 14,3% ÷ 20% khối lượng cây lúa [8] lượng còn lại là rơm rạ do ñó cũng có thể thấy lượng phụ phẩm từ cây lúa là rất lớn. Từ bảng 1.1 ta có kết quả khối lượng phụ phẩm nông nghiệp sau khi thu hoạch lúa ñược trình bầy trên bảng 1.2 5 Bảng 1.2. Khối lượng phụ phẩm sau khi thu hoạch lúa từ năm 2001 ÷ 2006 Năm – Year (triệu tấn) CẢ NƯỚC - WHOLE COUNTRY 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Khối lượng phụ phẩm 160 175 170 180 180 170 Là loại phụ phẩm chủ yếu trong nông nghiệp, trước ñây rơm rạ ñược coi là nguồn chất ñốt chủ yếu ở khu vực nông thôn, sau vụ thu hoạch rơm rạ ñược thu gom, phơi khô dự trữ và dùng ñể ñốt dần. Trong ñiều kiện kinh tế có nhiều cải thiện rõ rệt như hiện nay rơm rạ ñược thay thế dần dần bằng các nguồn chất ñốt khác như than, dầu, khí ga, … Do ñó nhiều bà con không biết dùng loại phụ phẩm này vào việc gì. ðể giải phóng ruộng ñất một cách nhanh nhất cho vụ canh tác mới thay vì tận dụng, rơm rạ ñược ñốt ngay trên ñồng ruộng gây rất nhiều tác hại như lãnh phí, cản trở giao thông vận tải và huỷ hoại môi trường sống vốn ñã ô nhiễm như hiện nay. ðể khắc phục tình trạng trên, ñòi hỏi chúng ta phải có biện pháp sử lý như cắt ngắn rơm rạ hoặc sau ñó ép rơm rạ lại thành kiện và tận dụng vào việc chăn nuôi gia súc, sử dụng tái tạo làm chất ñốt, … 1.2. MỘT SỐ QUY TRÌNH KỸ THUẬT XỬ LÝ RƠM RẠ 1.2.1. Xử lý rơm rạ sau thu hoạch thành phân bón cho cây trồng [10] Mục ñích và ý nghĩa Các loại cây trồng nói chung cây lúa nói riêng sau khi thu hoạch ñã lấy ñi của ñất nguồn dinh dưỡng lớn. Một phần dinh dưỡng ñó nằm trong sản phẩm thu hoạch phục vụ con người, phần còn lại (không nhỏ) ở trong phế thải nông nghiệp. Hiện nay những phế thải nông nghiệp này thường ñược nông dân ñốt (do chăn nuôi kiểu chuồng chìm không còn, thay vào ñó là hình thức chăn nuôi bán công nghiệp bằng chuồng nổi). Biện pháp này ñã: gây ô nhiễm môi trường ảnh hưởng ñến người – gia súc, gia cầm – các loại cây trồng khác, 6 làm mất ñi vĩnh viễn nhiều nguyên tố quan trọng mà cây trồng ñã lấy ñi từ ñất. ðặc biệt là Cacbon. Nếu tình trạng này cứ tiếp tục tiếp diễn thì cùng với sự lạm dụng phân hóa học ñất sẽ càng ngày càng cằn cỗi & chai cứng. Hậu quả lâu dài sẽ không lường trước ñược. Trả lại cho ñất những gì ñã lấy ñi của nó là việc làm cần thiết cấp bách của con người. Làm ñược việc này chúng ta sẽ hạn chế ñược việc lạm dụng phân hóa học và thuốc hóa học trên ñồng ruộng mà vẫn ñảm bảo ñược năng suất & ngày nâng cao chất lượng nông sản. Dần dần chúng ta sẽ lấy lại ñược ñộ phì nhiêu cho ñất – làm tăng hàm lượng các chất khoảng – tăng ñộ tơi xốp của ñất – tăng hàm lượng vi sinh vật hữu hiệu trong ñất vi sinh là yếu tố vô cùng quan trọng trong việc chuyển hóa phân bón thành thức ăn cho cây trồng) - giảm tối thiểu các loại vi khuẩn có hại các loại mầm mống sâu & nấm gây hại cho cây. ðây cũng là giải pháp quan trọng tạo nên một nền nông nghiệp sạch – an toàn và bền vững. Phương pháp ủ - Thời vụ: Cần tập trung làm tốt trong vụ mùa. Vì từ khi thu hoạch lúa mùa ñến khi cấy lúa xuân, thời gian là tương ñối dài. Trong thời gian ủ, nông dân vẫn cứ cầy ải hoặc trồng các loại cây vụ ñông bình thường. - Nguyên vật liệu dùng cho xử lý rơm rạ - Chế phẩm EMUNIV. Lượng dùng 500 gam/1000 kg rơm rạ. - ðạm U RÊ (100 gam/1000 kg rơm rạ), hoặc phân chuồng (càng nhiều càng tốt). - Nilon, cót rách, vỏ bao xi măng loại nilon, bạt rách… ñể che ñậy. - Ô doa hoặc bình bơm thuốc sâu ñể tưới. - Các bước xử lý - Khi thu hoạch lúa, cần xén thêm 2-3 nhát ñể rơm rạ thêm vụn. 7 - Khi rơm rạ ñã nỏ thì làm ướt rồi xếp vào xung quanh bờ ruộng, chiều rộng khoảng 2m, cứ mỗi lớp 30cm rơm rạ thì tưới một lượt dung dịch chế phẩm EMUNIV (ñộ ñậm ñặc của dung dịch tùy thuộc vào ñộ ẩm của rơm rạ sao cho khi ủ rơm rạ có ñộ ẩm 50%. Nếu có phân chuồng thì bổ sung luôn – cách kiểm tra ñộ ẩm khi ủ: Nếu thấy nước ngấm ñều trong rơm rạ và khi cầm vào thấy mềm là ñạt ñộ ẩm cần thiết. Tiếp tục rải cho ñến khi chiều cao ñạt 1,5-1,6m. - Dùng các loại vật liệu ñã chuẩn bị ñể che ñậy. Phải che kín cả trên nóc lẫn ở cạnh. ðảm bảo duy trì nhiệt ñộ ñống ủ luôn ở mức 40oC. - Sau 10 ngày kiểm tra và ñảo trộn. Công việc này có ý nghĩa quan trọng: ðảo trộn sẽ làm cho rơm rạ vụn thêm do tác ñộng cơ học – Làm cho các loại vi sinh vật phân bố ñều hơn – Phát hiện chỗ nào chưa ñảm bảo ñộ ẩm thì tưới bổ sung thêm - chỗ chưa thối thì trộn ñều với chỗ thối. Cách kiểm tra ñộ ẩm: Cầm nắm rơm rạ vắt ñều thấy nước rỉ ra theo kỹ tay là ñược. Trong ñợt ñảo ủ này cần tưới bổ sung dung dịch ñạm U RÊ với liều lượng 100gam/1000kg rơm rạ (hòa vào nước sạch ñể tưới). Nếu làm ñúng quy trình thì sau 45-50 ngày rơm rạ ñã phân hủy rất tốt. * Chú ý - Trong quá trình xử lý phải che ñậy kín, ñảm bảo nhiệt ñộ và ẩm ñộ. - Dụng cụ ñể pha chế và tưới phải là dụng cụ sạch chưa ñựng thuốc sâu thuốc bệnh lần nào. - Nước dùng ñể pha chế phải là nước sạch không chua. 1.2.2. Xử lý rơm rạ sau thu hoạch ứng dụng trong Kỹ thuật trồng nấm [1] Nguồn nguyên liệu phổ biến là rơm rạ sau khi ñược băm thái theo yêu cầu kỹ thuật, bông phế thải, mùn cưa. Có 2 phương pháp xử lý như sau: 8 Ủ nguyên liệu thành ñống với khối lượng ñủ lớn ñể tăng nhiệt ñộ trong ñống ủ ñạt ñạt 60-700C, thời gian kéo dài 6-7 ngày. Trung bình một ñống ủ ñảm bảo có trọng lượng tối thiểu từ 300kg khô trở lên. Khử trùng nguyên liệu trong hơi nước ở nhiệt ñộ 100-1250C kéo dài 90-180 phút. Xử lý rơm rạ theo cách 1: Rơm rạ khô ñược làm ướt bằng nước vôi theo tỷ lệ: 3,5kg vôi ñã tôi hòa tan với 1000 lít nước. Ủ rơm rạ ñược 3 ngày, ñảo ñống lần 1, ủ tiếp 3 ngày, ñảo lần 2 và băm nguyên liệu thành từng ñoạn 5-10cm, ủ tiếp 2 ngày là ñược (bắt ñầu cấy giống). Thời gian ủ 8 ngày ñối với rơm rạ mềm, 9 ngày rơm rạ cứng. Trong khi ñảo, chỉnh ñộ ẩm thật chuẩn (65%). Nếu quá ẩm hoặc quá khô cần ñiều chỉnh bằng cách phơi hoặc thêm nước, ủ lại 1-2 ngày sau mới trồng. Xử lý bông phế thải theo cách 1: Ngâm bông nhanh trong dung dịch nước vôi theo tỷ lệ như trên, vắt nhẹ, ủ lại thành ñống, che kín bằng bao dứa hoặc nilon. Thời gian ủ 12-24 giờ. Xử lý theo phương pháp này có thể làm số lượng ít nhưng vẫn ñảm bảo. Khi trồng nấm cần làm thật tơi nguyên liệu bằng cách dùng tay hoặc cào sắt xé bông vụn. Xử lý nguyên liệu rơm rạ, bông phế thải và mùn cưa theo cách 2: Rơm rạ chặt ngắn 10-15cm, ngâm trong nước vôi 15-20 phút, vớt ra ñể ráo nước 1-2 ngày. Bông phế thải làm ướt như trên. Mùn cưa làm ướt ủ lại 4-6 ngày. Các nguyên liệu này sau khi kiểm tra ñủ ñộ ẩm, trộn thêm 5-10% bột cám hoặc ngô. Cho nguyên liệu vào túi nilon chịu nhiệt kích cỡ 20 x 40cm, trong lượng 1,5-2kg/túi, nút túi bằng ống nhựa và bông không thấm nước ñưa vào thanh trùng ở các chế ñộ nhiệt khác nhau: 9 Hấp cách thủy trong thùng phuy, khi nhiệt ñộ trong túi ñạt 95oC bắt ñầu tính giờ, kéo dài 180 phút. ðể nguội sau 24 giờ hấp lại lần 2 như lần 1. Lấy nguyên liệu ra, ñể nguội, cấy giống trong tủ và phòng vô trùng. Cấy giống: Sau khi xử lý nguyên liệu thì chuẩn bị túi nilon kích thước 30 x 40cm. Tỷ lệ giống cấy cho một túi khoảng 40 - 50g (40kg giống cho 1 tấn nguyên liệu). Cho một lớp nguyên liệu vào túi ñã gấp ñáy vuông cao 5 - 7cm, rắc một lớp giống nấm xung quanh thành túi. Làm như vậy ñủ 3 lớp, lớp trên cùng rắc giống ñều trên bề mặt. Sau ñó lấy bông quấn dây cao su chặt nút bông. Trọng lượng của một túi (nguyên liệu rơm rạ) khoảng 2 - 3kg/túi, của bông phế thải và mùn cưa là 1,2 - 1,5kg/túi. Ươm và rạch bịch: Bịch nấm ñã ñược chuyển vào phòng ươm, ñặt trên giá hoặc ñể trực tiếp xuống nền ñất theo chiều nút bông phía trên. Khoảng cách giữa các bịch từ 5-10cm, nhà cần thoáng mát sạch sẽ, không cần ánh sáng. Thời gian ươm từ 25 - 30 ngày. Rạch bịch: bịch nấm ñã phát triển tốt sau 25 - 30 ngày, dùng dao nhọn, sắc, rạch 4 - 6 ñường xung quanh, khoảng cách giữa các ñường rạch ñều nhau, chiều dài vết rạch 3 - 4cm. Gỡ nút bông ra, úp miệng túi quay xuống phía dưới và ñặt bịch cách nhau 15 - 20cm ñể khi nấm ra không chạm vào nhau. Chăm sóc và thu hái: Tưới nước: khi rạch bịch ñược 4 - 6 ngày, tiến hành tưới nước bên ngoài túi. Tưới nước dưới dạng phun sương, lượng ít nhưng kéo dài thời gian 10 tưới, trung bình 4 - 6 lần/ngày. Sau khi thu hết ñợt 1, ngừng việc tưới nước khoảng 5 - 7 ngày sau nấm lại ra tiếp ñợt sau. Thu hái nấm: Nấm sò mọc tập trung thành cụm nên khi nấm ñủ lớn cần hái cả cụm. Hái nấm không ñược ñể sót phần gốc trên bịch nấm. Tổng thời gian thu hái nấm kéo dài trong 30 - 45 ngày kể từ ngày hái ñầu tiên. 1.2.3. Xử lý rơm ra ứng dụng trong quá trình gieo mạ thảm Rơm rạ ñược lấy sau khi thi hoạch lúa, ñạt ñộ ẩm quy ñịnh ñược băm thái nhỏ rồi trộn với bùn tạo ra một loại bùn mới có tính tơi xốp và ñộ liên kết cao. 1.3. MỘT SỐ MÁY BĂM THÁI ỨNG DỤNG TRONG SẢN SUẤT NÔNG NGHIỆP 1.3.1. Máy băm cỏ của anh “Hai lúa” (22/03/07) Hình 1.1. Máy băm cỏ Máy ñược thiết kế dựa trên nguyên lý hoạt ñộng của máy cắt bắp một hàng (có hệ thống băm) của ðức và một số loại máy băm khác ñang dùng cho nông trường. 11 ðể tiết kiệm ñiện, quạt gió ñược thiết kế làm mâm ñỡ cho dao và làm bánh ñà tạo lực cho máy. Ưu ñiểm của chiếc máy băm mini này là gọn, nhẹ (trọng lượng 80kg/máy), chạy êm, công suất cao, dễ vận hành và di chuyển (có gắn 2 bánh xe ñẩy). Không những thế, máy băm cỏ của anh “Hai lúa” ñã khắc phục ñược một số nhược ñiểm của máy ngoại nhập như hạn chế tình trạng cỏ quấn trục, không gãy lưỡi dao, công suất cao gấp ñôi và ñặc biệt là giá thành khá rẻ, chỉ khoảng 2.600.000ñ/máy. Không chỉ băm cỏ voi, máy còn băm ñược thân bắp và các loại cỏ tạp (kích thước từ 1cm-3cm) nên rất tiện dụng cho các hộ chăn nuôi nhỏ lẻ. Nhờ vậy, nhiều hộ chăn nuôi bò sữa tại thị xã Bảo Lộc, các huyện Di Linh, ðức Trọng… ñã tìm ñến anh ñặt mua máy. Vì ít vốn, không có người phụ việc, nên một mình anh Kiển phải mất 10 ngày mới hoàn thành một máy băm. Theo các hộ chăn nuôi bò sữa, cỏ voi khi cắt non sẽ dễ bị thúi gốc, cắt già thì bò chỉ ăn ñược 6% lá. Gần như toàn bộ gốc và thân cỏ voi bò không thể ăn ñược vì quá cứng. Nay có máy băm của anh “Hai lúa”, 100% cỏ ñược tận dụng, vừa ñỡ tốn công, vừa tiết kiệm chi phí thức ăn. Thấy tiện lợi, nhiều hộ chăn nuôi bò thịt cũng ñặt mua máy, vừa băm cỏ cho bò, vừa tận dụng các phế phẩm nông nghiệp ñể làm phân hữu cơ. Máy băm, thái cỏ có ưu ñiểm tiện lợi, gọn nhẹ, toàn bộ hệ thống máy ñược ñặt trên giá ñỡ, có gắn bánh xe rất tiện cho việc di chuyển. Máy có cấu tạo ñơn giản, gồm: 1 phần khoang thái cỏ bên trong có lưỡi dao thái; Bộ phận chuyển ñộng 1 phần gần ñộng cơ, có thể dùng ñiện 3 pha, hoặc lắp ñầu máy nổ của Trung Quốc hay Vikyno. Guồng của máy thái ñược chuyển ñộng qua máy nổ bằng dây ñai. Sau khi cỏ ñược ñưa vào máng chứa nguyên liệu sẽ ñược ñẩy ép vào khoang thái, trong ñó có guồng quay ñường kính 600 mm, trên ñó gắn dao thái và cánh quạt, khi dao thái quay theo vòng 12 tròn sẽ làm dập và cắt nguyên liệu, cánh guồng sẽ ñẩy nguyên liệu ñược cắt ra ngoài qua phễu. 1.3.2. Một số máy băm khác Máy băm ðây là loại thiết bị chuyên dùng trong công nghệ chế biến mủ tạp (SVR 10 - 20). Máy băm thường ñặt sau máy ép cắt thô (Prebreaker) ñể cắt, xé, băm nhỏ hạt cao su, tác dụng làm giảm kích thước cục mủ cao su, ñồng thời tách chất bẩn dính vào mủ ñược triệt ñể hơn trước khi chuyển vào công ñoạn kế tiếp ñể cán tạo tờ. Máy băm thô ðây là loại thiết bị chuyên dùng trong công nghệ chế biến mủ tạp (SVR 10 - 20). Máy băm thường ñặt sau máy ép cắt thô (Prebreaker) ñể cắt, xé, băm nhỏ hạt cao su, tác dụng làm giảm kích thước cục mủ cao su, ñồng thời tách chất bẩn dính vào mủ ñược triệt ñể hơn trước khi chuyển vào công ñoạn kế tiếp ñể cán tạo tờ. 1.4. YÊU CẦU CÔNG NGHỆ CỦA QUÁ TRÌNH BĂM THÁI Băm thái vật liệu trong nông nghiệp là một quá trình phức tạp, bởi tính chất cơ lý tính của các ñối tượng nghiên cứu. Bản thân các loại vật liệu này vừa có tính ñàn hồi và biến dạng khi chịu lực tác ñộng ở những mức ñộ và 13 trạng thái nhất ñịnh. Khi băm thái vật liệu phải qua quá trình ñàn hồi, biến dạng dẻo và phá vỡ vật thể (theo ñịnh luật Hook). Với các vật liệu như rơm, cỏ khô mức ñộ ñàn hồi và biến dạng phụ thuộc nhiều vào trạng thái ép của vật liệu, kết cấu bộ phận băm thái cũng như lực cắt thái và thời gian cắt thái. Một số chỉ tiêu của rơm rạ sau khi cắt thái: Có kích thước các chiều dài, phù hợp với yêu cầu của nguyên liệu trồng nấm và giá thể gieo mạ thảm. Do ñó ñể thuận tiện cho tính toán thiết kế máy thì kích thước của rơm rạ sau khi cắt thái có chiều dài 1 ÷ 10 mm. 1.5. MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN * Mục tiêu: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo ñược một mẫu máy có thể ñáp ứng ñược nhu cầu về băm thárơm rạ, Theo kích thước chiều dài rơm rạ sau khi cắt thái 1 ÷ 10 cm, máy phải có kết cấu gọn, nhẹ, dễ vận chuyển và dễ sử dụng. * Nhiệm vụ: 1. Phân tích tình hình sử dụng, quy trình công nghệ và khả năng làm việc của các máy băm thái hiện có. 2. ðiều tra, phân tích và nghiên cứu thực nghiệm xác ñịnh các tính chất cơ lý của rơm, cỏ khô làm cơ sở ñể xác ñịnh nguyên lý và tính toán quá trình băm thái. 3. Phân tích, lựa chọn nguyên lý và kết cấu hợp lý cho máy băm thái rơm rạ. 4. Xác ñịnh giá trị một số thông số cho việc thiết kế. 5. Thiết kế, chế tạo máy và khảo nghiệm máy. 14 Chương 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT - Sử dụng các chương trình phần mềm trợ giúp thiết kế: + Chương trình phần mềm thiết kế Inventor 9: Phần mềm Autodesk Inventor mô hình hóa hình học các kết cấu trên máy tính. + Chương trình phần mềm phân tích thiết kế COSMOS Design STAR 4.0 của tập ñoàn SRAC (Mỹ). ðây là chương trình ña tài liệu kiến trúc mở, có các tính năng tiên tiến của giao diện sử dụng ñồ họa Windows nổi tiếng. + Chương trình phần mềm lập trình Pascal cho ta ứng dụng các phép tính về mảng hay ma trận. Ứng dụng phần mền này ta có thể vẽ ñồ thị thí nghiệm và lập trình giải các bài toán theo yêu cầu. - Sử dụng phương pháp tính tìm hàm nội suy. Cơ sở là sử dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất của hiệu giữa kết quả thí nghiệm và trị số của hàm thực nghiệm. 2.2. PHƯƠNG PHÁP ðIỀU TRA KHẢO SÁT Nội dung của phương pháp là ñiều tra khảo sát tình hình sản xuất nấm và mạ thảm, nguyên liệu sản xuất nấm và mạ thảm. ðiều tra khảo sát tình hình sản xuất lúa trong nước, khối lượng phụ phẩm sau thu hoạch của cây lúa trong những năm gần ñây, các biện pháp sử lý rơm rạ. Trên cơ sở ñiều tra khảo sát, từ ñó thiết kế, chế tạo máy có các thông số kỹ thuật phù hợp với yêu cầu sản xuất. 15 2.3. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ðÁNH GIÁ Trên cơ sở phân tích các nguyên lý cắt thái ứng dụng trên các máy trong và ngoài nước hiện nay. Từ ñó tiến hành phân tích kết cấu, nguyên lý hoạt ñộng, phạm vi ứng dụng, ưu nhược ñiểm của các nguyên lý trên. Từ ñó lựa chọn nguyên lý phù hợp với ñặc trưng cơ lý tính và yêu cầu của vật liệu cắt thái. Sau ñó tiến hành xây dựng mô hình tính toán các thông số cơ bản của máy. 2.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHẢO NGHIỆM [7] Phương pháp này ñược thực hiện sau khi ñã thiết kế , chế tạo máy hoàn chỉnh với các thông số ñúng theo yêu cầu. Phương pháp khảo nghiệm cho kết quả chính xác nhằm kiểm ñịnh lại kết quả tính toán , lựa chọn từ các phương pháp khác. Nội dung của phương pháp là ñưa máy vào trong thực tế sản xuất dung các dung cụ, thiết bị ño kiểm ñể xác ñịnh các chỉ tiêu làm việc của máy. Các ._.kết quả ño trong quá trình nghiên cứu khảo nghiệm thường là các ñại lượng ngẫu nhiên. Các sai số trong quá trình ño ñạc phụ thuộc vào ñộ chính xác của thiết bị ño và phương pháp ño. Các số liệu ño ñạc sau mỗi lần khảo nghiệm, kết quả ñược ghi trong bảng 2.1 và xử lý theo các quy tắc của lý thuyết xác suất và thống kê toán học. Bảng 2.1. Kết quả khảo nghiệm x x1 x2 ................... xn mi m1 m2 ................... mn trong ñó : xi – giá trị của thông số ở lần ño thứ i; mi - số lần lặp lại giá trị xi; - Sau khi ño n lần lặp lại ñược các giá trị xi (i = 1,2,...,n) và tính các giá trị trung bình theo công thức: 16 ∑ = = n i iimx n x 1 . 1 (2.1) - ðộ lệch chuẩn thực nghiệm: ( )∑ = − − = n i i xx n s 1 2 1 1 (2.2) - Ước lượng kỳ vọng: l - n S tlm n S t .. αα +≤≤ (2.3) trong ñó: t: tra từ bảng 3 [7]; tα : tra theo mức α và số bậc tự do n, α = 1-p P: mức tin cậy cho trước (lấy p = 0,95) m: khoảng ước lượng giá trị trung bình Tra bảng 3 ta có: tα = 1,96 17 Chương 3 LỰA CHỌN NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ TÍNH TOÁN MỘT SỐ THÔNG SỐ CHÍNH CỦA MÁY BĂM THÁI RƠM RẠ 3.1. ðẶC ðIỂM CƠ LÝ TÍNH CỦA RƠM RẠ 3.1.1. ðộ ẩm yêu cầu của rơm rạ trước khi băm thái ðể rơm rạ, ñảm bảo ñiều kiện cho việc băm thái ñược thuận lợi, yêu cầu ñộ ẩm 70 ÷ 80%. Do ñó chúng tôi tiến hành ngâm ủ rơm rạ trước khi băm thái và kiểm tra ñộ ẩm W (%) của rơm. 3.1.2. Khối lượng riêng của rơm khô ở trạng thái tự nhiên Việc xác ñịnh khối lượng riêng của rơm khô là rất khó do rơm có ñộ biến dạng ñàn hồi, ñộ ẩm nằm trong dải rộng nên chúng tôi xác ñịnh một cách tương ñối dựa trên khối lượng rơm ñược chuyên chở ñến với kích thước ño thùng xe ô tô và cho rơm vào thùng rồi ño thể tích, khối lượng. Bảng 3.1. Xác ñịnh khối lượng riêng của rơm tt Thể tích (m3) Khối lượng (kg) ρ (kg/m 3) Ghi chú 1 1 51,2 51,2 Hộp 1 x1x1 m 2 1 44,8 44,8 Hộp 1 x1x1 m 3 1 47,3 47,3 Hộp 1 x1x1 m 4 5,95 300 50,42 Thùng xe 1,4x2,5 cao 1,7 m 5 6,475 300 46,33 Thùng xe 1,4x2,5 cao 1,85 m 6 4,2 200 47,62 Thùng xe 1,4x2,5 cao1,2 m 7 11,55 1000 48,10 Thùng xe 2,2x4,5 cao 2,1 m Giá trị trung bình 47,97 18 ϕ Nb F c P H×nh 2 - 1: Dông cô Giªlilèpky 4 2 3 1 5 Q 21 3 3.1.3. Hệ số ma sát tĩnh của rơm rạ Việc xác ñịnh hệ số ma sát tĩnh của cỏ, rơm khô và với một số vật liệu thép là thông số cần thiết khi tính toán thiết kế máy. Dụng cụ ñể xác ñịnh hệ số ma sát là dụng cụ Giêlilốpski (hình 3.1). Trong ñó : Fc – lực cản (N); Nb – phản lực (N); G – trọng lượng của khối rơm (kg). ϕ - góc ma sát, (0); f – hệ số ma sát, f = tgϕ; 1 – Giá ñỡ; 2 - Mặt phẳng nghiêng; 3 - khối rơm rạ; 4 – Giây kéo; 5 - Bộ phận kéo. Kết quả ño hệ số ma sát của rơm rạ Bảng 3.2. Hệ số ma sát của rơm khô với các loại vật liệu TT Loại vật liệu Số lần ño Góc ma sát ϕ (0) Hệ số ma sát f Phương sai σ 1 Thép 5 310 0,60 0,7 2 Rơm khô 5 610 30 1,83 0,6 3.1.4. Khả năng chịu cắt không có trượt của rơm rạ [8] H×nh 3.2. S¬ ®å qu¸ tr×nh c¾t th¸i b»ng l−ìi dao 1- tÊm kª; 2- khèi r¬m r¹; 3- l−ìi dao 3. 19 Áp suất riêng q (N/cm) của cạnh sắc lưỡi dao trên vật thái ñược xác ñịnh theo công thức q = S Q ∆ , N/cm (3.1) Trong ñó: Q - Lực cắt thái cần thiết, N; ∆S - ñộ dài ñoạn lưỡi dao, cm. Theo [7] ñối với cắt thái rơm rạ ta có q = 50 ÷ 120 N/cm 3.2. LỰA CHỌN NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY Yêu cầu kỹ thuật: - Cắt thái ñược các loại rơm rạ có ñộ ẩm khác nhau - ðảm bảo ñộ ñồng ñều về kích thước chiều dài ñoạn thái - ðiều chỉnh ñược chiều dài ñoạn thái - Có chi phí năng lượng riêng thấp và ñạt hiệu suất cao - Dễ ñiều chỉnh, chăm sóc và sử dụng thuận tiện - Kết cấu máy ñơn giản, gọn, bền vững và ñảm bảo an toàn - Máy ñặt tĩnh tại nhận nguồn ñộng lực từ ñộng cơ ñiên hoặc ñộng cơ nổ. 3.2.1 Các nguyên lý cắt thái rau, cỏ, rơm 3.2.1.1 Nguyên lý làm việc kiểu dao cầu Hình 3.3. Sơ ñồ cấu tạo các bộ phận máy thái rau cỏ rơm a) Sơ ñồ máy thái rau cỏ b) Bộ phận ñĩa dao 20 1 2 3 4 5 - Về nguyên lý cấu tạo máy thái rau cỏ rơm thường gồm: bộ phận thái có một số dao 1 (thường chuyển ñộng quay) và tấm kê 2, dao ñược lắp vào ñĩa hay cánh 4 hoặc lắp vào hình trống (hình 3.3). Bộ phận cung cấp gồm 2 trục cuốn 3 kết hợp với dây truyền cung cấp 5 ñể nén và ñưa vào rau cỏ rơm vào bộ phận thái. Ngoài ra máy còn có thể trang bị thêm một số bộ phận phụ trợ như dây truyền thu ñoạn thái hay quạt và ống dẫn ñể thổi rau cỏ rơm ñã ñược cắt thái ñến vị trí nhất ñịnh, bộ phận ñộng lực, bộ phận truyền ñộng và khung. Việc thay ñổi ñộ dài ñoạn thái ñược thực hiện bằng hai cách hoặc thay ñổi số dao hoặc thay ñổi tỷ số truyền cho bộ phận cung cấp (cho hai trục cuốn và dây truyền hay băng truyền). Ngoài việc ñiều chỉnh khe hở giữa dao thái và tấm kê là rất quan trọng, ñể thái ñược gọn và dễ thì khe hở giữa dao thái và tấm kê càng nhỏ càng tốt, nếu khe hở quá lớn thì việc cắt thái sẽ không xảy ra mà chỉ là hiện tượng bẻ gập rơm xuống, khe hở yêu cầu ñối với cắt thái rơm là 0.5m – 1mm [8]. 3.2.1.2. Nguyên lý làm việc của bào gỗ Hình 3.4. Sơ ñồ cấu tạo bộ phận thái củ quả kiểu bào gỗ 1- dao thái; 2- trống dao; 3- lát thái; 4- nguyên liệu; 5- thùng nguyên liệu Lưỡi dao lắp ở khe thủng của thân trống sẽ cắt, nạo vật thái ñang tựa vào thân nắp dao ñó thành những lát (dầy mỏng tuỳ theo khoảng cách từ lưỡi dao ñến mặt thân lắp dao), lát thái sẽ trượt trên mặt dao, chui qua khe thủng rồi thoát ra phía mặt kia của thân lắp dao. 21 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 1 2 Qua tìm hiểu, phân tích ñặc ñiểm làm việc và nguyên lý của một số cơ cấu cắt thái chúng tôi lựa chọn nguyên lý cắt trượt có tấm kê. 3.3. XÁC ðỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA MÁY CẮT THÁI 3.3.1. Sơ ñồ cấu tạo nguyên lý làm việc của máy cắt thái Hình 3.5. Sơ ñồ cấu tạo các bộ phận chính của máy cắt thái 1, 4, 5 - bộ truyền ñai; 3, 12- bộ truyền bánh răng; 2- băng tải; 6- ñộng cơ; 7- hộp dao; 8- ñĩa dao; 9 - trục dao; 10- tấm kê thái; 11- trục cuốn Khi ñộng cơ 6 làm việc truyền ñộng cho ñĩa dao 8 quay qua bộ truyền ñai 5 và trục dao 9, ñồng thời qua các bộ truyền ñai 4, 3, 1, 12 làm trục cuốn và băng tải quay dẫn nguyên liệu từ băng tải qua trục cuốn ñến tấm kê 10 tại ñây nguyên liệu ñược cắt ngắn. 3.3.2. Cơ sở lý thuyết về cắt thái [8] 3.3.2.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình cắt thái bằng lưỡi dao 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 ñược thực hiện bằng cách di chuyển cạnh các nhị diệp AB (cạnh sắc) hợp bởi hai mặt phẳng của 22 lưỡi dao theo hướng P vuông góc với cạnh ñó hoặc di chuyển cạnh sắc AB 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 3.6. Tác dụng cắt thái của lưỡi dao Theo thí nghiệm của viện sĩ Gơriatskin V.P ñã chứng minh rằng nếu cắt thái theo hướng nghiêng sẽ giảm ñược lực cắt thái cần thiết so với cắt thái theo hướng pháp tuyến (chặt bổ). ông ñã dùng một cân Rôbécval. Hình 3.7. Mẫu sơ ñồ thí nghiệm về cắt thái Trên ñĩa A lần lượt ñể các quả cân N (gam) nặng khác nhau, trên ñĩa kia thay bằng một lưỡi dao B, lưỡi dao lắp quay lên trên. Thí nghiệm cắt những cọng rơm C có bộ phận D giữ và ñè cọng rơm vào lưỡi dao, ñồng thời D di chuyển ñược cùng với cọng rơm bằng tay kéo E dọc cạnh sắc lưỡi dao với những ñộ dịch chuyển S (mm).Kết quả ñược trình bày ở bảng 3.3. 23 Bảng 3.3. Sự liên hệ giữa lực cắt N và ñộ dịch chuyển của dao S N(g) 600 500 400 300 200 100 S(mm) 1.5 2 8 20 100 160 Hình 3.8. ðồ thị phụ thuộc của lực cắt thái N vào ñộ dịch chuyển S S= A.e-N hoặc N3.S = Ct.e (3.2) Viện sĩ Gơriatstin V.P gọi trường hợp cắt pháp tuyến (S ≠ 0) là quá trình cắt thái có trượt. Qua thí nghiệm trên cho chúng ta thấy, rõ ràng là khi cắt thái có trượt thì lực cần thiết ñể cắt thái giảm so với cắt thái không có trượt rất nhiều. Chúng ta có thể giải thích ñiều 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 kính hiểm vi cũng thấy có những răng cưa. Do ñó, khi lưỡi dao di chuyển có thêm hướng tiếp tuyến, nghĩa là khi có trượt thì lưỡi dao ñã phát huy tác dụng cưa ñứt vật thái. Nếu lưỡi dao chỉ cắt theo hướng pháp tuyến (chặt bổ), ñó là quá trình cắt thái bằng nêm, lực cắt thái phải hoàn toàn khắc phục ứng suất của vật thái ñể cắt vật thái, còn khi cắt có trượt thì một phần lức 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 ñang ñi 24 nghiên cứu) và vật liệu ñàn hồi như củ thì ứng suất kéo luôn nhỏ hơn ứng suất nén ñáng kể, nhờ tổng hợp lực cắt thái sẽ nhỏ [8]. Ví dụ ñối với củ quả: nσ = 86 –105N/cm2 kσ = 45 –85N/cm2 Ngoài ra, khi cắt thái có trượt, lát thái do ñoạn ∆ S của lưỡi dao thái trượt theo phương P với diện tích F (cm2) sẽ có bề rộng bp nhỏ hơn bề rộng bn khi ñoạn S thái không trượt (theo phương N) với cùng diện tích F ñó (hình 3.7) vì: τcos.. n n n np bAA AAb AAp EFb === (3.3) Do ñó quá trình cắt thái dễ dàng hơn Hình 3.9. Tác dụng cắt trượt giảm chiều rộng lát thái Tuy nhiên quá trình cắt thái lưỡi dao vừa nén vừa trượt tương ñối với chỗ tiếp xúc chỉ phù hợp với những vật liệu có tính ñàn hồi và nhiều thớ. Còn những vật liệu cứng rắn không ñàn hồi và ít thớ thì cắt trượt bằng lưỡi dao là không hợp lý. Rơm rạ, vật liệu chúng ta ñang nghiên cứu ñể cắt thái là loại vật liệu ñàn hồi, có sơ và nhiều thớ chính vì vậy rất phù hợp với phương pháp cắt thái có trượt. 25 3.3.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình cắt thái bằng lưỡi dao (cắt có trượt) ðể cắt thái rơm thành từng ñoạn bảo ñảm chất lượng, giảm ñược năng lượng cắt thái, ta cần xét ñến một số yếu tố chính thuộc phạm vi dao thái và vật thái (rơm) ảnh hưởng tới quá trình cắt thái: a) Áp suất riêng q(N/cm) của cạnh sắc lưỡi dao trên vật thái ðây là yếu tố trực tiếp ñảm bảo quá trình cắt ñứt vật thái và liên quan ñến các yếu tố khác thuộc phạm vi dao thái và vật thái: S Nq ∆ = (N/cm) (3.4) trong ñó: N là lực cắt thái cần thiết (N); ∆ S là ñộ dài ñoạn lưỡi dao (cm). Hình 3.10. Sơ ñồ quá trình cắt thái bằng lưỡi dao a) Lưỡi dao nén ép và cắt ñứt b) Lưỡi dao có góc mài σ . Viện sĩ Gơriatskin V.P ñã làm thí nghiệm và ñưa ra kết quả khi cắt thái không có trượt (chặt bổ góc trượt τ = 0) ñối với rơm: 0q = 50 – 120 (N/cm), còn khi cắt thái có trượt thì q thay ñổi phụ thuộc vào gócτ (hình 3.11). Bằng dụng cụ khảo nghiệm dao thái, ñể xác ñịnh mối quan hệ giữa lực cắt thái riêng q với góc trượt τ thay ñổi (τ = 0 ÷ 70) cho thấy, nói chung có thể gặp dạng hàm của q: q = 0q . (1 - τ .α ) (3.5) trong ñó: α là hệ số, α = 1/100; 1/110; 1/120. 26 Hình 3.11. ðồ thị phụ thuộc của q và τ Khi cắt thái các vật ñàn hồi như rơm rạ, áp suất riêng gây ra hai giai ñoạn: ñầu tiên là lưỡi dao nèn ép vật thái một ñoạn, rồi ñến cắt ñứt vật thái. Trong quá trình lưỡi dao ñi vào vật thái còn phải khắc phục các lực ma sát T1 do áp lực cản của vật thái tác ñộng vào mặt bên của lưỡi dao và T2 do vật thái dịch chuyển bị nèn ép tác ñộng vào mặt vát của cạnh sắc lưỡi dao hình (3.10 b). Nếu gọi P1 là lực cản cắt thái thì: N = P1 + T1 + T2 cosσ (3.6) b) Các yếu tố thuộc về dao thái - ðộ sắc e (mm) của cạnh sắc lưỡi dao, chính là chiều dày e của nó (hình 3.12). Thông thường ñộ sắc cực tiểu ñạt tới 20 ÷ 40 mµ . ðối với các máy thái trong chăn nuôi, ñộ sắc không ñược vượt quá 100 mµ , nếu vượt quá 100 mµ lưỡi dao coi như cùn và thái kém [8]. Hình 3.12. Cạnh sắc lưỡi dao ðồng thời ñộ sắc càng lớn thì áp suất riêng q càng tăng. Mối quan hệ giữa ñộ sắc S và áp suất cắt thái riêng q: q = S. cσ (N/cm) (3.7) trong ñó: cσ là ứng suất cắt của vật thái (rơm). - Góc cắt thái α Góc cắt thái α là góc hợp bởi giữ góc ñặt dao β và góc mài dao σ (hình 3.13). α = β + σ (3.8) 27 Hình 3.13. Góc cắt thái Góc ñặt dao β phải tính toán thiết kế sao cho lớp rơm khi ñược dao cắt thái xong và tiếp tục ñược cuốn vào sẽ không va chạm vào dao, tránh ma sát vô ích. ðể tính góc ñặt β sẽ phụ thuộc vào vận tốc quay của lưỡi dao, vận tốc cuốn rơm vào (vận tốc cung cấp), dạng cạnh sắc của lưỡi dao. Góc mài dao σ ñã ñược Viện sĩ Reznik N.E. nghiên cứu và ñề suất (năm 1975) công thức thể hiện ảnh hưởng ñến lực cắt thái: Nth = Pt + c.tgσ (3.9) trong ñó: C là hệ số (N/cm); Nth là lực cắt thái tới hạn cần thiết (N); Pt là lực cản cắt thái (N). Góc mài dao nói chung yêu cầu phải nhỏ nhưng cũng cần tính ñến ñộ bền của vật liệu làm dao có hạn, cho nên với máy cắt thái rơm khi cắt có tấm kê góc mài dao yêu cầu σ = 25 ÷ 300 [8]. - ðộ bền của dao Dao có ñộ bền thì lâu cùn, thái tốt. Khi ñó, công nén lớp vật liệu thái do lưỡi dao tác ñộng lức bắt ñầu cắt thái sẽ tốn ít hơn và công cản cắt thái cũng nhỏ hơn. Các lực và công này thể hiện bằng ñồ thị phụ thuộc vào ñộ thái sâu λ của lưỡi dao vào rơm (hình 3.14). Hình 3.14. ðồ thị phụ thuộc lực cắt với ñộ thái sâu 28 - Vận tốc của dao thái V (m/s). Vận tốc của dao thái ảnh hưởng ñến quá trình cắt thái, thể hiện cụ thể bằng những ñồ thị thực nghiệm biểu diễn sự biến thiên của áp suất riêng q (N/cm) hoặc lực cắt thái Pt và công cắt thái Act với vận tốc của dao thái (hình 3.15). Theo Reznik N.E ta có thể tính theo công thức thực nghiệm: Pt = 75.100,0019.q.V2,6 + 40 (N) (3.10) Và vận tốc tối ưu khi cắt thái rơm không tấm kê V0 = 35 ÷ 40 (m/s), còn vận tốc tối ưu khi cắt thái có tấm kê V = 20 ÷ 30 (m/s) [8]. Hình 3.15. ðồ thị phụ thuộc q, Act, pt với v a) ðồ thị phụ thuộc của q vào v b) ðồ thị của Act và Pt vào v 3.3.2.3. ðiều kiện trượt của lưỡi dao trên vật thái Như chúng ta ñã biết, ñường 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. ðể thực hiện ñược hiện tượng trượt nói chung của lưỡi dao trên lớp vật liệu thái, ta ñi phân tích vận tốc v của một ñiểm M ở lưỡi dao khi tác ñộng vào lớp vật thái (hình 3.16). Hình 3.16. Phân tích vận tốc của các ñiểm M ở cạnh sắc lưỡi dao AB khi tác ñộng vào vật thái 29 Ta có thể phân tích 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 vt theo cạnh sắc lưỡi dao. Vận tốc pháp tuyến vn là vận tốc của dao thái ngập sâu vào vật thái (rơm), vận tốc tiếp tuyến gây nên chuyển ñộng trượt, tỷ số giữa trị số vận tốc vt và vn gọi là hệ số trượt ε : ε = n t v v = tgτ (3.11) Nhưng thực tế, Viện sĩ Gơriatskin V.P ñã chứng minh rằng lực cắt thái bắt ñầu giảm nhiều ñáng kể, không phải ứng với bất kì góc trượt τ của dao có trị số tương ñối nhỏ nào ñó mà ứng với trị số góc trượt nhất ñịnh của dao thì hiện tượng trượt mới xảy ra. Theo thí nghiệm của Viện sĩ Ziablôv V.A, lực cắt thái sẽ giảm nhiều ứng với góc trượt τ ≥ 300 [8]. Như vậy có nghĩa hiện tượng cắt của dao ñối với vật thái sẽ có một ñiều kiện chung ñể phát huy thật sự mạnh mẽ tác dụng cắt trượt, ñể giảm lực cắt thái ñược nhiều hơn. Phát triển các lý luận nghiên cứu về cắt thái của Viện sĩ Gơriatskin V.P, Viện sĩ Giưñigopski V.A ñã phân tích nội dung vật lý của vấn ñề này như sau: Ông ñi xét các lực tác ñộng giữa lưỡi dao và vật thái: trong trường hợp cắt thái không có trượt (chặt bổ, góc trượtτ = 0) thì không xét vì ở ñây chỉ có một lực duy nhất là lực pháp tuyến. Mà chỉ xét trường hợp cắt thái có trượt (góc trượtτ ≠ 0). ðể ñơn giản ta ñi xét trường hợp dao thẳng AB quay quanh một tâm quay O và cách tâm quay một ñoạn p. ðể dễ phân tích ta sẽ vẽ tách riêng và xét các lực do vật thái (rơm) tác ñộng vào lưỡi dao thái (hình 3.17a) và các lực do dao thái tác ñộng vào vật thái (hình 3.17 b,c). Khi dao tác ñộng vào cuộng rơm thì ở ñiểm tiếp xúc M sẽ sinh ra lực pháp tuyến chống ñỡ ngược chiều theo nguyên lý “lực và phản lực”. Ở hình 3.17a cuộng rơm tác dụng vào lưỡi dao ở ñiểm Md với lực pháp tuyến N’, còn 30 ở hình 3.17b và hình 3.17c thì lưỡi dao tác ñộng vào cuộng rơm ở ñiểm Mr với lực pháp tuyến N = N’ nhưng ngược chiều, vì phương chuyển ñộng Md ở lưỡi dao (theo phương vận tốc v) không trùng với phương pháp tuyến (vì τ ≠ 0) cho nên lực pháp tuyến N’ có thể phân tích thành hai thành phần: thành phần lực P’ theo phương chuyển ñộng V và thành phần lực T’ theo phương lưỡi dao AB, ở ñây chúng ta thấy ngay rằng lực T’ có xu hướng làm cho ñiểm Md trượt (xuống phía dưới) trên cọng rơm. Nhưng khi ñó sẽ xuất hiện lực ma sát F’ giữa lưỡi dao và cọng rơm hướng lên phía trên cản lại hiện tượng trượt ñó, với trị số F’ = T’. Cũng phân tích tương tự như vậy ở hình 3.17b và hình 3.17c thì lực pháp tuyến N do lưỡi dao tác ñộng vào ñiểm Mr của cọng rơm cũng có thể phân tích thành hai thành phần: thành phần lực P theo phương chuyển ñộng và thành phần lực T theo phương của lưỡi dao AB. ở ñây, phía trên cũng xuất hiện lực ma sát giữa cuộng rơm và lưỡi dao (F cũng bằng F’) hướng xuống phía dưới cản lại hiện tượng trượt với trị số F = T. Hình 3.17. Phân tích tác ñộng giữa lưỡi dao và vật thái a) Các lực do rơm tác ñộng vào dao.; b) Các lực do dao tác ñộng vào rơm khi ϕτ ≤ ; c)Các lực do dao tác ñộng vào rơm khi ϕτ ≥ 31 Trên hình vẽ chúng ta nhận thấy ngay rằng góc trượt càng lớn thì lực T (hay T’) càng tăng, ñồng thời lực ma sát F (hay F’) cũng có khả năng tăng theo, bằng T, khiến cho ñiểm Mr của cọng rơm không thể trượt theo lưỡi dao ñược. Nghĩa là cắt thái với góc trượt ( ≠τ 0) nhưng 2 ñiểm Mr của rơm và Md của dao khi tiếp xúc với nhau nhưng vẫn không trượt ñi ñược. Trái lại, trong quá trình thái, ñiểm Md của dao vẫn cứ bám chặt lấy ñiểm Mr của rơm mà nén xuống với lực tác ñộng P cho ñến khi cắt ñứt (trong lúc này ở Mr của rơm có 3 lực tác ñộng là P, T và F nhưng F = T và ngược chiều nhau cho nên lực tổng hợp là P). Nhưng như chúng ta ñã biết, khi T tăng, F tăng theo và chỉ ñạt tới trị số lực ma sát cực dài Fmax mà thôi (theo khái niệm lực ma sát và góc ma sát). trị số: Fmax = F.tg 'ϕ = N.f’ (3.12) Trong ñó: 'ϕ là góc ma sát giữa dao thái và vật thái (rơm), f’ = tg 'ϕ là hệ số ma sát. Có ñiều là trong trường hợp ma sát giữa lưỡi dao và rơm này (coi như là một ñường thẳng với bề mặt) thì trị số của góc ma sát 'ϕ không cố ñịnh như thông thường (giữa bề mặt với bề mặt). Trái lại, theo thực nghiệm 'ϕ và f’ thay ñổi trị số ít nhiều. Do ñó, ñể phân biệt hiện tượng ma sát của lưỡi dao với vật thái. Viện sĩ Gơriatskin V.P ñề nghị gọi góc 'ϕ là góc cắt trượt 'ϕ và hệ số f’ = tg 'ϕ là hệ số cắt trượt f’. Vậy khi T và F tăng tới giới hạn T = F ≥ Fmax nghĩa là T = F = N.tgτ hay τ ≥ 'ϕ thì quá trình cắt thái chưa có hiện tượng “trượt tương ñối” giữa các 32 ñiểm của lưỡi dao tiếp xúc với các ñiểm của cọng rơm (vì bị hiện tượng ma sát chống lại). Nhưng khi T tăng lên nữa, do góc τ tăng lên (vì T = N.tgτ ) trong lúc ñó lực ma sát không thể tăng lên ñược nữa mà giữ lại ở trị số Fmax, nghĩa là khi T > Fmax hay τ > 'ϕ thì hiệu số lực T – Fmax sẽ có xu hướng làm cho Mr của rơm trượt ñi, rời ñiểm Md của dao, lên phía trên hay ngược lại, ñiểm Md của dao trượt ñi, rời ñiểm Mr của rơm xuống phía dưới, bây giờ bắt ñầu xuất hiện hiện tượng trượt tương ñối giữa dao và rơm. Và khi ñó 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 ñộng vào rơm không phải là lực P mà luôn là R, nghĩa là dù τ lớn bao nhiêu nữa dao cũng tác ñộng vào rơm bằng lực tổng hợp R mà thôi (tức là chỉ theo phương hợp với pháp tuyến một góc 'ϕ như hình 3.17c). Qua việc phân tích trên ta có 3 trường hợp: - Trường hợp góc trượt τ = 0, quá trình chặt bổ không trượt, chỉ có lực pháp tuyến, không có lực tiếp tuyến. - Trường hợp góc trượt 'ϕτ ≤ , quá trình cắt thái vẫn chưa có trượt, tuy có cả lực tiếp tuyến nhưng lực tiếp tuyến này chưa gây trượt vì ma sát, - Trường hợp góc trượt 'ϕτ ≥ , quá trình cắt thái có trượt tương ñối giữa dao và rơm do lực tiếp tuyến ñủ lớn thắng ñược hiện tượng ma sát. Như vậy, ñiều kiện cắt thái ñể giảm lực cắt thái là góc trượt τ phải có giá trị lớn hơn hay bằng góc cắt trượt 'ϕ . Qua thí nghiệm bằng dụng cụ ño ma sát giữa vật liệu thép (vật liệu chúng ta chọn ñể làm dao) với rơm (vật liệu 33 chúng ta ñang cần nghiên cứu ñể cắt) do Giơriatskin V.P thiết kế (hình 3.18), dùng mặt phẳng nghiêng khi ño góc nghiêng thay ñổi GS.TS. Trần Minh Vượng ñã xác ñịnh ñược góc ma sát 'ϕ giữa kim loại và rơm ( 'ϕ = 25 ÷ 300). Hình 3.18. Dụng cụ ño lực cắt thái và áp suất cắt thái riêng. Tuy nhiên trong trường hợp góc trượt ≤τ 'ϕ vẫn có lợi về lực cắt thái hơn so với trường hợp cắt chặt bổ (τ =0). Vì giả sử trong khi dao thái ngập vào lớp rơm, sẽ chịu lực cản cắt thái σ (do ứng suất bền của vật liệu rơm, do ma sát của mặt dao vời lát thái…) dao phải tác ñộng 1 lực P ≥ cσ . Hình 3.19. Tác dụng giảm lực cắt thái pháp tuyến τ ,ϕ≤ 34 Khi có góc τ (τ = 0), muốn cắt thái ñược thì trong lúc phương lực P thay ñổi (lệch ñi so với thành phần pháp tuyến N theo góc trượt τ ) ñầu vectơ lực P phải di chuyển theo vòng tròn có bán kính bằng trị số tối thiểu cσ (tối thiểu P = cσ ). Như vậy, khi τ tăng dần tới 1τ thì P tăng tới P1 và thành phần pháp tuyến N sẽ tương ứng là N1 và ta thấy N > N1, nghĩa là lực cắt thái pháp tuyến có giảm ñi (nhỏ hơn trị số ban ñầu N = cσ khi τ = 0) (hình 3.19). Cũng do phát huy ñược hiện tượng cắt trượt, giảm ñược lực cắt thái, cho nên thực tế lực tổng hợp R do dao tác ñộng vào rơm có trị số giảm dần khi góc trượt τ càng lớn hơn góc cắt trượt 'ϕ . 3.3.2.4. Quan hệ giữa dao thái và tấm kê thái + Khe hở δ giữa cạnh sắc của lưỡi dao và cạnh sắc tấm kê thái Thực nghiệm ñã cho thấy ảnh hưởng thể hiện bằng sự phụ thuộc của công suất cắt N với khe hở δ : δ có một giới hạn thích hợp ñể cho N tương ñối nhỏ (hình 3.20). Vật thái càng mảnh thì khe hở δ càng nhỏ, vì nếu không, lưỡi dao có thể bẻ gập thân vật thái xuống lọt vào khe hở và kéo ñứt nó, giảm chất lượng cắt. Nhưng δ cũng không thể nhỏ quá ñược, vì ñĩa lắp dao (hay trống lắp dao) ñều có ñộ dịch chuyển dọc trục cho phép và gối ñỡ cũng có ñộ dịch chuyển dọc trục cho phép. Ở trống lắp dao quay với số vòng quay lớn, do lực ly tâm, dao cũng sẽ có ñộ võng ra phía ngoài. ðối với máy thái rau cỏ rơm, δ không ñược quá 1mm thì thái mới tốt [8]. 35 Hình 3.20. ðồ thị phụ thuộc δ với N + Góc kẹp χ và ñiều kiện kẹp vật thái giữa cạnh sắc lưỡi dao và cạnh sắc tấm kê. Lưỡi tấm kê thái Hình 3.21. Góc kẹp χ và ñiều kiện 2,1, ϕϕχ +≤ ðây là một yếu tố ảnh hưởng trong trường hợp cắt thái kiểu “kéo cắt”, có một cạnh sắc nữa (ở ñây là cạnh sắc tấm kê) cùng phối hợp kẹp và cắt vật thái. Góc BAC hợp bởi cạnh sắc lưỡi dao AB và cạnh sắc tấm kê AC nói chung gọi là góc mở χ (hình 3.21). Khi góc mở lớn, hai cạnh sắc không kẹp giữ yên ñược vậy thái mà có tác ñộng ñẩy nó ra, khó cắt thái ñược. Với một trị số góc mở nhỏ hơn ñủ ñể hai cạnh sắc kẹp giữ yên ñược vật thái ñể cắt ñược nó thì góc mở ñó ñược gọi là góc kẹp χ . Giá trị góc kẹp χ phải ñược bảo ñảm khi thiết kế bộ phận cắt thái có tấm kê và là ñiều kiện ñể dao và tấm kê kẹp ñược vật thái. 36 Ta có thể xác ñịnh ñược ñiều kiện kẹp như sau: xét vị trí cạnh sắc AB của lưỡi dao và cạnh sắc AC của tấm kê như hình vẽ trên, với các lực tác ñộng vào rơm (ñược mô phỏng có tiết diện tròn tâm O): do lưỡi dao tiếp ñiểm M là lực pháp tuyến N và lực ma sát F; do tấm tâm kê ở tiếp ñiểm M’, tương ứng là N’ và F’. Lực tổng hợp, do lưỡi dao là R, do tấm kê là R’. Góc NMR = ϕ '1 là góc cắt trượt (tương tự góc ma sát) của cạnh sắc lưỡi dao với vật thái và F = N.tgϕ '1 : góc (N’M’R’) = ϕ ' 2 là góc cắt trượt (tương tự góc ma sát) của cạnh sắc tấm kê với vật thái và F’ = N’.tgϕ '2 . Lực N ñược phân tích làm 2 thành phần: S theo hướng vuông góc với ñường phân giác AO của góc mở χ và T theo hướng cạnh sắc AB, T = N.tg 2 χ . Lực N’ cũng ñược phân tích tương tự thành S’ theo hướng cạnh sắc AC của tấm kê, T’ = N’.tg 2 χ . Các thành phần S, S’ không gây cho vậy thái chuyển ñộng (theo hướng AO), nhưng T và T’ thì có xu hướng ñẩy vật thái ra ngoài. ðồng thời các lực ma sát F và F’ ñược gây ra và chống lại các thành phần lực T và T’. ðó là các trị số ma sát cực ñại. Ta rất dễ nhận thấy rằng: - Khi T > F và T’ > F’ (F và F’ ñạt trị số cực ñại: F = N.tgϕ '1 , F’ = N’.tgϕ '2 , nghĩa là khi N’.tg 2 χ > N’.tgϕ '1 và N’.tg 2 χ > N’.tgϕ '2 hay 2 χ > ϕ '1 , 2 χ > ϕ '2 , tức là và χ > ϕ ' 1 + ϕ '2 thì các lực ma sát (ñạt cực ñại), F, F’ không chống nổi các thành phần lực T và T’, vật thái bị ñẩy ra phía ngoài, không ñược kẹp yên, khi ñó dao thái không tốt hoặc không thái ñược. - Khi T = F và T’ = F’, nghĩa là χ = ϕ '1 + ϕ ' 2 thì các lực ma sát F, F’ ñủ cản các lực T và T’ và vật thái ñược kẹp yên. 37 - Khi T < F và T’ < F’, nghĩa là χ < ϕ '1 + ϕ ' 2 , thì các lực ma sát thực tế không thể ñạt trị số cực ñại F và F’ nữa, mà chỉ ñạt tới trị số cân bằng với các lực T và T’ ñủ ñể chống ñược lại các hiện tượng ñẩy vật thái ra ngoài. Như vậy, vật thái cũng ñược kẹp chặt hơn, không bị ñẩy ra ngoài ñược. Tóm lại, ñiều kiện kẹp vật thái giữa cạnh sắc lưỡi dao và cạnh sắc tấm kê là góc kẹp χ ≤ ϕ '1 + ϕ ' 2 . ðối với dao kiểu ñĩa χ = 40 – 500, dao trống χ = 24 – 300 [7]. Nếu một trong hai góc trượt (góc ma sát) ϕ '1 và ϕ ' 2 có trị số nhỏ nhất, gọi là minϕ thì theo Viện sĩ Xablikov, ñiều kiện kẹp hoàn toàn là χ ≤ ϕ ' min . Nếu ϕ '1 = ϕ ' 2 thì ñiều kiện kẹp là χ = 2. 'ϕ . Nếu ϕ '1 > χ > ϕ ' 2 nghĩa là 2ϕ '1 > 2 χ > 2ϕ ' 2 thì ta sẽ thấy có hiện tượng vật thái bị xoay tròn tại chỗ và cắt thái cũng khó. Ta cũng cần chú ý rằng trong trường hợp χ > ϕ '1 + ϕ ' 2 thì vật thái bị ñẩy ra ngoài cho tới khi góc mở giảm xuống tới trị số góc kẹp χ = ϕ '1 + ϕ ' 2 lại ñảm bảo ñiều kiện kẹp. 3.3.2.5. ðộ bền và chất lượng của vật thái Cụ thể ở ñây là vấn ñề lực cản cắt thái P của vật thái, ñộ ẩm W% của vật thái (rơm). Thực nghiệm cho ta ñồ thị sự phụ thuộc của áp suất cắt thái riêng q (N/cm) với ñộ ẩm W% của vật thái (rơm). Khi ñộ ẩm thấp ( 8 ÷ 15%) áp suất cắt thái riêng tăng dần, nhưng khi W < 15% thì áp suất cắt thái riêng lại giảm ñi [8] (hình 3.20). 38 Hình 3.22. ðồ thị phụ thuộc của q với W% 3.3.2.6. Năng lượng cắt thái và công cắt thái riêng Năng lượng cắt thái và ñặc biệt công cắt thái riêng Ar là thông số quan trọng nhất trong quá trình cắt thái. a) Năng lượng cắt thái ðể xác ñịnh năng lượng cắt thái, trước hết ta cần giả thiết rằng nhờ có các trục uốn ép vật thái trước nên có thể bỏ qua phần năng lượng nén ép do lưỡi dao tác dụng lên rơm trước khi cắt ñứt và ta cũng chỉ xét và tính toán trong trường hợp cắt thái có trượt (τ ≤ 'ϕ ). ðể ñơn giản ta xét trường hợp dao AB cách tâm quay O một ñoạn p (hình 3.23). Hình 3.23. Sơ ñồ dao thái ñể tính năng lượng 39 Ta có: Mct = N.r.cos τ + F’.r.sin τ (3.13) Trong ñó: τ là góc hợp bởi 2 vận tốc V’ và Vn, ñồng thời τ cũng bằng góc OCA. r.cosτ và r.sinτ là 2 cánh tay ñòn của 2 lực N và F’ Ta lại có: N F ' = tgϕ = f’ (3.14) Trong ñó: f’ là hệ số cắt trượt ðặt N.r.cosτ làm thừa số chung, ñồng thời thay thế trị số: F’ = N.tg 'ϕ = N.f’ và τ τ cos sin = tgτ phương trình (3.13) sẽ thành: Mct = N.r.cosτ (1 + f’.tgτ ) (3.15) Ta ñã có: N = q. ∆ S thay vào phương trình (3.15) ta ñược công thức chung tính mô men cắt thái: Mct = q. ∆ S.r.cosτ .(1 + f’.tgτ ) (3.16) Công suất cắt thái có thể tính bằng tích Mct.ω , trong ñó ω là vận tốc góc, tức ω = dt dθ (θ là góc quay của dao, t là thời gian quay). Vậy công cắt thái: Mct. ω = q. ∆ S.r.ω .cosτ .(1 + f’.tgτ ) = q. ∆ S.r. dt dθ .cosτ .(1 + f’.tgτ ) (3.17) Hình 3.24. Xét ñoạn dao thái S với góc quay dθ 40 Trên hình 3.24 ta thấy tứ giác ABCD có thể coi là 1 hình bình hành và có thể tính diện tích của nó bằng: S∆ .r.dθ .cosτ = SABCD tức là: S∆ .r.dθ .cosτ = dF (3.18) Thay (3.18) vào (3.17) ta ñược: Mct.ω = q dt dF .(1 + ftgτ ) (3.19) Hệ số (1 + f’.tgτ ) gọi là hệ số ñặc tính của dao thái. Như vậy, công suất cắt thái cần thiết ñược xác ñịnh bằng áp suất riêng q (N/cm) trên mỗi ñơn vị ñộ dài của lưỡi dao ñã thái, diện tích trong ñơn vị thời gian dt dF và hệ số ñặc tính của dao. b) Công cắt thái riêng Công cắt thái riêng là năng lượng cần tiêu thụ ñể cắt thái 1 ñơn vị diện tích vật thái, ñược suy từ công thức tính công suất: dF M ct ω. = q.(1 + f.tgτ ) (3.20) Yêu cầu cần thiết ñối với việc thiết kế dao thái là phải ñạt ñược công cắt thái riêng Ar là nhỏ nhất ñối với các loại dao thái hoặc Ar tương ñối nhỏ. Các trị số q, f’ và τ ñều có những mối quan hệ phụ thuộc lẫn nhau. Các trị số ñó có thể ñược xác ñịnh bằng dụng cụ thí nghiệm (hình 3.18) Bằng dụng cụ khảo nghiệm dao thái (do bộ môn máy nông nghiệp trường ðHNNI thiết kế), xác ñịnh ñược mối quan hệ giữa lực cắt thái riêng q với góc trượt τ (τ thay ñổi từ 0 ñến 900). Dụng cụ cho phép xác ñịnh thành phần P của lực cắt thái riêng R (theo hướng vận tốc tuyệt ñối V của lưỡi dao) ứng với góc trượt τ thay ñổi. Hình 3.25. ñồ thị q= F(τ ) 41 Sau khi ghi ñược lực P, ta tính ñược lực cắt thái R và thành phần lực pháp tuyến N, từ ñó tính ra áp suất riêng q: q = S N ∆ = ).1.(cos.)cos(. cos. ' ττϕτ ϕ tgfSS P +∆−∆ (3.21) Cho τ thay ñổi từ 00 ñến 900 ta sẽ ñược các trị số của q tương ứng và vẽ ñược ñồ thị phụ thuộc q với τ (hình 3.25). Hình 3.26. Dụng cụ ño góc cắt trượt ðể xác ñịnh góc cắt trượt ta có thể dùng dụng cụ ño ma s._.