Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu khí động lực học máy làm sạch nilon MLSNL - 30

Chia sẻ: Tri Lộ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:100

Thêm vào BST

Báo xấu

25
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài nghiên cứu nhằm xây dựng phương trính toán học biểu diễn sự phụ thuộc của các thông số khí động học trong buồng làm sạch là áp suất và lưu lượng tại mỗi vị trì trên chiều dài buồng làm sạch vào số vòng quay của trống làm sạch; xây dựng hệ phương trính vi phân mô tả chuyển động của khối nilon dưới tác động của răng đập và chuyển động quán tính trong buồng làm sạch.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu khí động lực học máy làm sạch nilon MLSNL - 30

1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Nilon do nhà hóa học Anh Alexander Parkes phát minh, ra đời cách đây khoảng 150 năm [5, 6]. Nilon thường dùng dưới dạng túi, được sản xuất từ nhựa polyethylene có nguồn gốc từ dầu mỏ và quá trính tự phân hủy của nó diễn ra rất chậm. Với tình tiện dụng, túi nilon được sử dụng rộng rãi trong sản xuất và đời sống dưới dạng bao bí, đóng gói. Túi nilon được dùng làm bao chứa các loại nông sản, thực phẩm, vật liệu xây dựng, hóa chất, ... ở cả dạng bột, nhão và lỏng. Không những thế, túi nilon còn được dùng làm lớp bảo vệ ngoài, hay trang trì cho các bao bí. Trong đời sống, túi nilon còn dùng dưới dạng túi, cặp sách, ... Những đặc điểm ưu việt trong sản xuất và tiêu dùng về việc sử dụng túi nilon đã làm lu mờ các tác hại xấu của nó đối với môi trường khi thải bỏ. Đó cũng là lý do chình yếu giải thìch tại sao túi nilon lại được dùng rất phổ biến ở nhiều quốc gia trên thế giới bất chấp những cảnh báo về tác hại to lớn và nhiều mặt tới môi trường, sức khỏe và trở thành vấn nạn trong quản lý môi trường ở hầu hết các quốc gia đang phát triển, trong đó có Việt Nam. Chình ví vậy, trong rác thải hàng ngày có một khối lượng khá lớn túi nilon, gọi chung là rác thải nilon. Ở nước ta, việc sử dụng tràn lan các loại túi nilon trong các hoạt động sinh hoạt xã hội, chủ yếu và đặc biệt là loại túi siêu mỏng, thể hiện sự dễ dãi của cả người cung cấp cũng như người sử dụng; người bán sẵn sàng đưa thêm một hoặc vài chiếc túi nilon cho người mua khi được yêu cầu; người mua ìt khi mang theo vật đựng (túi xách, làn...) ví biết chắc chắn rằng khi mua hàng hóa sẽ có túi nilon kèm theo để xách về. Ngày nay người ta chủ yếu dùng các giải pháp sau để khống chế và xử lý rác thải từ nilon: - Một là thu gom và tái chế; - Hai là giảm ìt hoặc cấm sử dụng những loại nilon khó phân huỷ;
2 - Ba là khai thác và mở rộng sử dụng túi làm bằng giấy hoặc là chế phẩm nhựa có thể tự phân huỷ.v.v... để thay thế những túi nhựa không dễ bị phân huỷ. Thực tế xã hội cho thấy, giải pháp thu gom, tái chế sẽ là giải pháp phù hợp không những trong thời gian hiện tại mà còn cả trong thời gian tương lai bởi tình hiệu dụng, kinh tế của việc sử dụng túi nilon. Hiện nay sản xuất trong nước và trên thế giới đều sử dụng các loại sàng phân loại kết hợp với biện pháp rửa để làm ssạch nilon. Việc đề xuất đưa ra giải pháp tách các tạp chất cơ học có trong khối nilon từ rác thải bằng máy làm sạch nilon theo nguyên lý đập – hút của tác giả Nguyễn Thị Kiều Hạnh là một giải pháp tiên tiến, hiên đại, mang tình mới cả về công nghệ lẫn thiết bị làm sạch. Cho nên việc nghiên cứu khì động lực học máy làm sạch nilon MLSNL – 30 là thiết bị lần đầu tiên được đế xuất có tình mới, tình cấp thiết và ý nghĩa khoa học sâu sắc. Kết quả nghiên cứu nhằm giải thìch cơ chế làm việc của loại thiết bị này cũng như khả năng ứng dụng vào sản xuất để góp phần giải quyết nhu cầu cấp bách hiện nay về nạn “ô nhiễm trăng ở nước ta” Được sự chấp thuận của Ban chủ nhiệm khoa Cơ khì, phòng Đào tạo sau đại học và Ban giám hiệu trường đại học Lâm nghiệp, dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Như Nam, tôi tiến hành đề tài: c u c c s c S – 30” 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài 1) Xây dựng phương trính toán học biểu diễn sự phụ thuộc của các thông số khì động học trong buồng làm sạch là áp suất và lưu lượng tại mỗi vị trì trên chiều dài buồng làm sạch vào số vòng quay của trống làm sạch. 2) Xây dựng hệ phương trính vi phân mô tả chuyển động của khối nilon dưới tác động của răng đập và chuyển động quán tình trong buồng làm sạch. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là máy làm sạch nilon MLSNL – 30. Đây là sản phẩm của đề tài nghiên cứu khoa học cấp Thành phố Hồ Chì Minh : “Nghiên cứu máy làm sạch nilon theo nguyên lý đập rũ ứng dụng trong công nghệ tái chế nilon từ
3 nguồn rác thải” do ThS. Nguyễn Thị Kiều hạnh và TS. Nguyễn Như Nam chủ nhiệm và trường đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chì Minh là đơn vị chủ trí. Phạm vi nghiên cứu là nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm khì động lực học máy làm sạch nilon MLSNL – 30. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu Áp dụng các phương pháp điều tra thống kê, tra cứu tài liệu để nghiên cứu phần nội dung tổng luận và cơ sở lý luận của đề tài. Áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm để xây dựng phương trính toán học dạng đa thức bậc II mô tả mô hính khì động học biểu diễn sự phụ thuộc của hai thông số áp suất toàn phần và lưu lượng trung bính trong buồng làm sạch của MLSNL – 30 vào số vòng quay của trống làm sạch n [vg/ph] ở mối vị trì trên chiều dài trống làm sạch hay chiều dài buồng làm sạch. Các thông số TƯH của mô hính khì động học được xác định bằng TƯH các mô hính toán học được lập theo phương pháp TƯH đơn và đa mục tiêu. Quá trính tình toán TƯH được tiến hành trên máy tình điện tử bằng phần mềm của các tác giả Nguyễn Như Nam, Trần Thị Thanh, Nguyễn Trì Tấn (1998). Sử dụng nguyên lý Đalămpe [3, 4] để xây dựng hệ phương trính vi phân mô tả chuyển động của khối nilon trong buồng làm sạch của MLSNL – 30. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài  Ý nghĩa khoa học của đề tài là: Thông qua nghiên cứu khì động lực học trong buồng làm sạch của MLSNL – 30 để làm rõ cơ chế hoạt động của máy và phục vụ công tác thiết kế, chế tạo cũng như TƯH MLSNL – 30.  Ý nghĩa thực tiễn của đề tài là: Tham gia giải quyết vấn nạn môi trường ở nước ta. Nội dung của luận văn được lồng ghép với đề tài nghiên cứu khoa học cấp Thành phố Hồ Chì Minh.
4 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng luận về các công trình đã công bố về vấn đề nghiên cứu Cho đến thời điểm hiện tại, ở trong và ngoài nước chỉ duy nhất có công trình nghiên cứu của ThS. Nguyễn Thị Kiều Hạnh [6, 7] ở dạng đề tài nghiên cứu khoa học cấp Cơ sở (trường đại học Nông Lâm Tp. Hồ Chì Minh) và cấp Thành phố Hồ Chì Minh sử dụng nguyên lý đập – hút cho máy làm sạch nilon, còn lại chưa có bất kỳ công bố nào về sử dụng nguyên lý đập – hút để phân loại, làm sạch nguyên liệu nói chung và làm sạch rác thải nilon nói riêng. Các kết quả nghiên cứu về nguyên lý đập – hút ở chỉ ứng dụng cho máy đập dọc trục để tách hạt khi thu hoạch cây có hạt. Ví vậy phần tổng luận các công trính đã công bố về vấn đề nghiên cứu chỉ trính bày về máy đập – hút sử dụng tách hạt trong thu hoạch cây có hạt. Kết quả nghiên cứu về máy làm sạch nilon theo nguyên lý đập hút MLSNL – 30 được trính bày trong mục 1.2 phần cơ sở lý luận của đề tài. 1.1.1. C c ết quả c u ước Năm 1954 А. А. Vưsoki [22] đã có công trính biên soạn về đo lực cản các máy nông nghiệp trong đó có máy đập dùng trong thu hoạch cây có hạt với tên gọi “ Động lực học máy nông nghiệp”. Năm 1973 S. А. Alpherrov [19] đã có công trính biên soạn về động lực học trống đập của máy gặt đập liên hợp với tên gọi “Động lực học máy liên hợp thu hoạch ngũ cốc”. Năm 1978 Ie. S. Baxoi [20] đã có công trình biên soạn khá đầy đủ cả về lý thuyết và cấu tạo trống đập trong thu hoạch cây có hạt với tên gọi “ Lý thuyết cấu tạo và tình toán máy nông nghiệp”. Ie. S. Baxoi đã nghiên cứu và tổng kết các kết quả nghiên cứu trước đó trong công trình này về: cơ sở vật lý đập tách hạt bằng trống đập; các loại và quá trình công nghệ của các trống đập; khả năng cho qua trống đập; sự phân tách hạt trong trống đập; phương trính cơ bản của trống đập; xác định các thông số cơ bản của trống đập; cân bằng trống đập. Giáo trính tổng kết, biên soạn của Ie. S. Baxoi đã được dịch, làm tài liệu tham khảo chình, giáo trính giảng dạy tại nhiều trường đại học trên thế giới.
5 Năm 1982, V. M. Huynh và ctv [28] đã nhận xét quá trính phân tách hạt trong buồng đập của máy đập dọc trục là quá trính ngẫu nhiên và đưa ra mô hính toán học là một hàm mật độ : 1 1/Ti f i (t)  e (1.1) Ti Trong đó: t – biến thời gian; Ti – ước lượng trung bính thời gian để mật độ hạt đạt xác suất fi; i – chỉ số phụ, i = 1 cho hạt được tách ra, i = 2 cho hạt di chuyển để phân ly, i = 3 cho sự phân ly hạt ở máng sàng lõm. Năm 1988, J. M. Gregory (bộ môn Cơ khì Nông nghiệp trường đại học kỹ thuật Texas Tech, USA) đã có công bố ứng dụng mô phỏng cho quá trính đập tách hạt ở máy đập dọc trục [26]. Xuất phát từ mô hính lý thuyết: dU Ei  .U (1.2) dN E n .M Trong đó: U – khối lượng hạt chưa tách; N – số lần va đập; Ei – năng lượng chi phì cho va đập; En – năng lượng cần thiết để tách hạt; M – khối lượng hạt đã được tách. J. M. Gregory (1988) đã xây dựng phương trính phân ly tổng quát : F1  e r.(B/E n ).W.F.f( 2 , 3 )/R (1.3) Trong đó: r – tỉ lệ hạt trên rơm; B – tốc độ quay trống đập, vg/ph; ‎ En – năng lượng cần thiết để tách hạt, J/kg; W – chiều rộng buồng đập, m; F – lực liên kết của hạt với rơm, N; R – lượng cung cấp vào trống đập, kg/ph; f(2,3) – hàm số chưa biết dùng đánh giá quá trính phân ly.
6 Với: 2 – tỉ số giữa chiều dài máng trống L với khe hở giữa trống đập và máng trống C. 3 – tỉ số giữa chiều dài máng trống L với đường kình trống đập D. Phương trính (1.3) khá tương đồng với các công bố của Phan Hiếu Hiền (1973), Ie. S. Baxoi (1978), … trước đó nhưng ở dạng đơn giản hơn. Bằng phương pháp thực nghiệm, J. M. Gregory (1988) đã xác định được phương trính phân ly hạt mô tả tỉ số khối lượng hạt chưa được tách trên toàn bộ khối lượng hạt như công thức (1.3) với hệ số tương quan R2 = 0,97, độ tin cậy p = 0,999. 0,176.π 4 ) F1  e  r.(F/En ).W(B/R).(0,146 0,00139.π 4 ).(1 e (1.4) Trong đó: r – tỉ lệ hạt trên rơm; F – lực liên kết của hạt với rơm, N; En – năng lượng cần thiết để tách hạt, J/kg; W – chiều rộng buồng đập, m; B – tốc độ quay trống đập, vg/ph; R – lượng cung cấp vào trống đập, kg/ph; 4 – chuẩn số đồng dạng xác định theo công thức: L.D S π4  C.D Với: L – chiều dài máng trống, m; DS – đường kình trống đập mô hính, m; C – khe hở giữa trống đập và máng trống, m; D – đường kình trống đập xét, m. 0,146, 0,00139, 0,176 – các hệ số thực nghiệm. Năm 2000, M. E. De Simone và ctv [25] đã phát triển phương trính mật độ hạt (biểu diễn quá trính phân ly) do V. M. Huynh và ctv (1982) thành phương trính hiệu quả phân ly hạt trong máy đập hạt đậu như sau:
7 1 ηT  1  . λ1  λ 2 . λ 2  λ 3 . λ1  λ 3  λ .λ .λ  λ .e  λ1 .t p  λ .λ λ  λ e  λ 2 .t p  λ .λ .λ  λ .e  λ 3 .t p   2 3 2 3 3 1 3 1 1 2 1 2  (1.5) Trong đó: 1 = 1/T1, với T1 là thời gian hạt được đập ra khỏi khối lúa; 2 = 1/T2, với T2 là thời gian hạt chuyển động xuyên qua khối lúa sau khi được bứt khỏi rơm; 3 = p. 2, với p là xác suất hạt chui qua khỏi máng sàng; tp – thời gian hạt tồn tại trong buồng đập. Phương trính (1.5) được kiểm chứng bằng thực nghiệm như hính 1.1. Kết quả thực nghiệm cho thấy có sự tương đồng giữa kết quả nghiên cứu l‎ý thuyết và thực nghiệm. Hình 1.1. Các giá trị tương ứng giữa lý thuyết (công thức 3.55) và thực nghiệm về hiệu quả phân ly hạt trong máy đập hạt đậu. ( Theo M. E. De Simone và ctv, [25]) P. I. Miu (2002) [31, 32] mô tả quá trính đập, tách hạt ra khỏi bông ở bộ phận đập dọc trục kiểu cấp liệu tiếp tuyến (hình 1.2).
8 Hình 1.2. Sơ đồ biểu diễn bộ phận đập dọc trục. (Theo P. I. Miu, [31, 32]) Theo P. I. Miu, quá trính đập, tách hạt gồm 3 giai đoạn là: tách hạt ra khỏi bông; sự di chuyển của hạt ra khỏi khối lúa và sự di chuyển hạt qua các lỗ sàng. Ông đã xây dựng mô hính toán học mô tả quá trính đập tách hạt trong bộ phận đập dọc trục với cấp liệu kiểu tiếp tuyến biểu diễn bằng các phương trính mật độ hạt trong khối vật liệu đập: x 1 1 S n1  1  .x.  λ.e  λs .ds  .x.e  λ.x l 0 l Sf1   λ x  β.x . .e λ β l   e  λ.x . .λ.1  e  β.1  e  1 x  β.x  λ.x Ss1  λ β l (1.6) x S n1  Sf1  Ss1  100. ; (x  l) l   x x x λ.β x  β.x Sd1  .f(x).g(x)  . f(z).g(x  z).dz  . .e  e  λ.x l l 0 λ β l   x λ.β  β.x Sd2  f(x).g(x)   f(z).g(x  z).dz  .e  e  λ.x 0 λ β Trong đó: Sn1 – mật độ hạt chưa được đập ở đoạn cấp liệu (x  l); Sf1 – mật độ hạt tự do có thể phân ly tương ứng theo vị trì chiều dài rô to đập ở đoạn cấp liệu (x  l); Ss1 – hàm phân bố tìch lũy phân ly hạt tương ứng theo vị trì chiều dài rô to đập ở đoạn cấp liệu (x  l);
9 Sd1 – mật độ hạt trong khối vật liệu đập ở đoạn cấp liệu (x  l); Sd2 – mật độ hạt trong khối vật liệu đập ở đoạn sau cửa cấp liệu ( l  x  L); f(x) – mật độ hạt ở các giai đoạn tách hạt ra khỏi bông và di chuyển ra khỏi khối lúa; g(x) – mật độ hạt ở giai đoạn di chuyển qua các lỗ sàng; x – tọa độ xét theo chiều dài buồng đập; z – biến số xét theo chiều dài buồng đập;  – đặc trưng tốc độ đập và dịch chuyển của hạt trong buồng đập;  – đặc trưng tốc độ phân ly hạt. Hình 1.3. Biểu diễn sự thay đổi các chỉ số của quá trính đập và phân ly. (Theo P. I. Miu, [31, 32]) P. I. Miu đã thực nghiệm trên máy đập dọc trục thì nghiệm có các thông số là: đường kình rô to 0,45 m; chiều dài cửa cấp liệu l = 0,57 m; chiều dài buồng đập L = 1,8 m; số răng đập 8; góc vìt của răng đập 800. Quy hoạch thực nghiệm tiến hành với độ ẩm khối vật liệu đập là 12 %, chiều dài bông 87 cm, tỉ lệ hạt trên rơm là 1/1,2. Kết quả thì nghiệm xác định được đặc trưng tốc độ phân ly hạt  = 3,03 
10 3,94 1/m, đặc trưng tốc độ đập và dịch chuyển của hạt trong buồng đập  = 3,95  5,06 1/m với hệ số tương quan R2 = 0,981  0,996, đồ thị biểu diễn sự thay đổi các chỉ số của quá trính đập và phân ly như hính 1.3, đồ thị ảnh hưởng của lượng cung cấp và ẩm độ vật liệu đập đến sự phân ly hạt như hính 1.4. Hình 1.4. Ảnh hưởng của lượng cung cấp và ẩm độ vật liệu đập đến sự phân ly hạt. (Theo P. I. Miu, [31, 32]) Cũng trong năm 2002, P. I. Miu [32] đã xây dựng mô hính toán học mô tả sự chuyển động của hạt trong bộ phận đập dọc trục dựa trên các giả thiết là: vật liệu được cấp vào buồng đập và di chuyển theo lớp liên tục; vận tốc chuyển động của vật liệu theo chiều dài buồng đập là một hàm liên tục; các lực tác động hướng tâm theo sự phân ly hạt không làm ảnh hưởng đến sự di chuyển của vật liệu. P. I. Miu đã xác định bằng lý ‎thuyết được chiều dài bước dịch chuyển quay của khối vật liệu trong buồng đập là: v am 1 p am  2.. R S .  2.. R S . (1.7) v tm a.b.x b 1 Trong đó: vam – vận tốc của vật liệu theo phương dọc trục vtm – vận tốc của vật liệu theo phương tiếp tuyến RS – bán kình buồng đập;
11 a, b – các thông số trạng thái phụ thuộc vào tình chất vật liệu đập, trạng thái buồng đập; x – vị trì theo chiều dài buồng đập của vật liệu xét. Các mô hính toán học về phân ly hạt trong bộ phận đập đã được H. – D. Kutzbach (2003) [29] tổng kết như bảng 1.1 và bảng 1.2. Bảng1.1. Hàm mô tả quá trình phân ly hạt dạng mũ đơn giản*. (*)Theo: H. – D. Kutzbach (2003) [29].
12 Bảng 1.2. Các hàm mô tả quá trình phân ly hạt dạng mũ khác *. g (*)Theo: H. – D. Kutzbach (2003) [29]. Các phương pháp khác nhau được sử dụng để mô phỏng quá trính phân ly hạt. Các mô hính toán học đơn giản sử dụng hàm mũ đơn giản để biểu diễn phương trính phân ly tìch lũy theo chiều dài buồng đập cho bộ phận đập tiếp tuyến (Vasilenko, 1954; RE. Arnold, 1964; Filatov và Chabrat, 1969) và bộ phận đập dọc trục (Wacker, 1965): S n ( x)  1  e x (1.8) rs ( x)  ex (1.9) Trong đó: rs – hạt còn lại để được phân ly; λ – hằng số phân ly, vì dụ, quá trính đập và phân ly xảy ra không đổi theo chiều dài buồng đập. J. M. Gregory (1988) đã phát triển phương trính phân ly hạt bằng phân tìch thứ nguyên (phương trính 1.4). Các mô hính cung cấp cho lợi thế bởi phép tình đơn giản với độ chình xác thay đổi phụ thuộc vào vị trì hiện tại x trong chiều dài buồng đập. Một hệ số phân ly đơn giản không thể kết hợp tất cả các ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật của bộ
13 phận thiết kế và các thông số chức năng. Các thông số của quá trính đập, phân ly được đưa vào hệ số phân ly λ. Ngoài ra, Wacker (1985) đã đề xuất hai hệ số khác nhau, λt cho quá trính đập và λs cho quá trình phân ly. Ngoài ra, Wacker còn xây dựng được các đa thức bậc hai có thể đánh giá được ảnh hưởng của tốc độ rotor v và khả năng thông qua qp đến hệ số phân ly λ như sau:   av  bvv  cvv 2 (1.10)   aq  bq q p  cq q 2p (1.11) Trong đó a, b và c là các hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào tình chất vật liệu và thiết kế buồng đập. AJ. Runov (1971) đã đề nghị hàm mũ dưới đây để mô tả hạt còn lại có thể được phân ly ở máy đập tiếp tuyến: Rs ( x)  e x a (1.12) Trong đó: hệ số mũ α = 0,9 dựa trên bảng số mũ. Caspers (trìch dẫn bởi Miu và ctv, 2008) đã phát triển hàm mũ có dạng đa thức bậc ba: Ss  k 1  e a1x  a 2 x  a 3 x  2 3 (1.13)   Trong đó: k – khối lượng hạt tổng cộng; a1, a2, a3 – các hệ số phụ thuộc vào thiết kế và tình chất của vật liệu Lo (trìch dẫn bởi Miu và ctv, 1975) đã xây dựng phương trính phân ly hạt cho bộ phân đập tiếp tuyến ở dạng hàm mũ có dạng đa thức bậc bốn: S s  1  e a1x  a2 x  a3 x 3  a 4 x 4  2 (1.14) Trollope (1982) đã phát triển hai hàm mũ khác nhau để mô tả quá trính đập trong bộ phận đập tiếp tuyến. Các nhà khoa học khác cũng đánh giá quá trính phân ly hạt bằng hai hàm mũ khác nhau cho quá trính đập và phân ly. Các hệ số trong các hàm toán này cũng bị ảnh hưởng bởi tình chất vật liệu và trạng thái buồng đập.
14 Vì dụ đầu tiên là phương trính (1.15) được mô tả bởi Alferov và Braginec (1972): S s  1  e 1 x  S n . 1 1  0  e o x  e 1 x  (1.15) Trong đó Sn là khối lượng hạt chưa được đập. Klenin và Lomakin (1972) đã xây dựng phương trính tương tự: Ss  1 Sn k2    k 2 e x  e k 2 x  1  S A e x (1.16) Trollope (1982) cũng phát triển phương trính phân ly với hai hệ số: Ss  1 1 kpo  c  ce  kpo  kpo e c  (1.17) P. I. Miu cùng với H. – D. Kutzbach (2007) [33], đã mô phỏng quá trính đập và phân ly ở bộ phận đập dọc trục như hính 1.5 và mô hính quỹ đạo chuyển động phẳng của vật liệu trong buồng đập dọc trục như sau: a n r (x)  .x b hay y  f(x)  2..R s .n r (x)  a.x b (1.18) 2..R s Trong đó: Rs – bán kình buồng đập; nr – số vòng quay của vật liệu đập trong buồng đập; a – hệ số kể đến điều kiện dịch chuyển trong buồng đập; b – số mũ; x – vị trì điểm xét theo dọc trống đập. Đồ thị phương trính (1.18) biểu diễn như hính 1.6.
15 Hình 1.5. Mô phỏng quá trính đập và phân Hính 1.6. Sơ đồ quỹ đạo chuyển động ly ở bộ phận đập dọc trục. (Theo P. I. Miu phẳng của vật liệu trong buồng đập. Ptre và H. – D. Kutzbach, [33] ) (Theo P. I. Miu và H. – D. Kutzbach, [33]) Từ mô hính lý thuyết, P. I. Miu và và H. – D. Kutzbach (2007), [33] đã sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm để xây dựng các bề mặt biểu diễn (bề mặt đáp ứng) tổng số vòng quay của vật liệu trong buồng đập (hính 3.12), chiều dài quỹ đạo đập theo các hệ số a, b (hính 3.13). Hính 1.7. Tổng số vòng quay của vật Hình 1.8. Chiều dài quỹ đạo đập. liệu trong buồng đập. (Theo P. I. Miu và (Theo P. I. Miu và H. – D. Kutzbach, H. – D. Kutzbach, [33]) [33]) Dựa vào các kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, P. I. Miu và H. – D. Kutzbach (2008) đã mô hính hóa và mô phỏng quá trính đập và phân ly hạt trong bộ phận đập [34]. Mô phỏng bằng các đồ thị biểu diễn như hính 1.9 và hính 1.10. Hính 1.9. Đồ thị biểu diễn các chỉ tiêu Hình 1.10. Đồ thị biểu diễn các chỉ tiêu
16 của quá trính đập ở bộ phận đập dọc của quá trính đập ở bộ phận đập dọc trục cấp liệu kiểu tiếp tuyến. (Theo P. I. trục cấp liệu kiểu hướng trục. (Theo P. Miu và H. – D. Kutzbach, [34]) I. Miu và H. – D. Kutzbach, [34]) X. Lizhang và L. Yaoming (2011) [30], dựa vào mô hính phát triển và mô hính thực nghiệm của P. I. Miu (hình 1.1), đã tiến hành thực nghiệm với lượng cung cấp q = 1,8 kg/s và số vòng quay của trống đập là 850 vg/ph. Hình 1.11. Phân bố hạt và rơm theo dọc Hính 1.12. Sự thay đổi các chỉ số của trục trống đập. quá trình đập. (Theo X. Lizhang và L. Yaoming, [30]) (Theo X. Lizhang và L. Yaoming, [30]) Kết quả thực nghiệm xây dựng biểu đồ phân bố hạt và rơm theo dọc trục trống đập của X. Lizhang và L. Yaoming như hính 1.11 và phân tìch mô phỏng như hình 1.12. T. Zhong và ctv (2013) [43] đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm trên bộ phận đập dọc trục với kiểu cấp liệu tiếp tuyến trên máy gặt đập liên hợp cho thấy công suất tiêu thu cho trống đập khi cấp liệu thay đổi thí cao hơn khi cấp liệu không đổi. Độ chênh lệch công suất tiêu thụ lần lượt với lượng cung cấp là 5, 6, 7 kg/s lần lượt là 2,16, 2,73, 3,09 kW. Những kết quả nghiên cứu của T. Zhong và ctv là cơ sở thiết kế bộ phận đập dọc trục trên các máy gặt đập liên hợp của Trung Quốc.
17 1.1.2. C c ết quả c u tr ước Nguyên lý đập dọc trục ứng dụng trong các máy đập để thu hoạch cây có hạt được ứng dụng ở các địa phương Phìa Nam từ trước năm 1975, với tên gọi là máy đập dọc trục hay chình xác hơn là máy đập dọc trục răng bản. Cũng vào thời điểm này, chưa có bất kỳ một công bố khoa học hay ứng dụng nào ở các địa phương Phìa Bắc về máy đập dọc trục. Sự khác biệt của loại máy đập dọc trục so với các loại máy đập khác là quá trính đập nhiều vòng trong buồng đập (với máy làm sạch còn gọi là buồng làm sạch). Nếu lượng cung cấp phù hợp với khả năng cho qua bộ phận đập, thí quá trính làm việc của máy hầu như không hề xuất hiện hiện tượng quấn rơm vào rô to đập. Quá trính đập nhiều vòng, dưới tác động của răng đập và máng sàng làm xuất hiện quá trính phân ly hạt ra khỏi khối rơm. Nguyên lý làm việc này làm cho kết cấu máy đập lúa hay máy gặt đập liên hợp có kết cấu gọn nhẹ hơn. Chình ví vậy mà máy đập dọc trục răng bản hiện đã ứng dụng rộng rãi trong thu hoạch lúa ở cả nước, và đã có nhiều máy xuất khẩu sang các nước. Với máy đập dọc trục răng trụ được ứng dụng tốt trong máy đập bắp. Cho đến nay, các nghiên cứu hướng tới cải tiến về mặt kết cấu và ứng dụng của máy đập dọc trục chủ yếu diễn ra trong sản xuất. Các nhà sản xuất tự mày mò, rút kinh nghiệm, học hỏi lần nhau, sao chép lại và để hoàn thiện máy. Chình ví vậy hầu hết các địa phương Phìa Nam đều tự thiết kế, sản xuất máy đập dọc trục mà không cần có một sự hỗ trợ nào về kỹ thuật của các nhà khoa học. Với các mẫu máy đập dọc trục chuyển từ Phìa Nam ra, hiện một số địa phương Phìa Bắc cũng đã tự chế tạo được theo kiểu chép mẫu. Về mặt lịch sử kỹ thuật ở Việt Nam thật khó tím ra ai là tác giả của máy đập dọc trục. Trước năm 1975, các công bố khoa học về loại máy đập dọc trục nói chung và máy đập dọc trục răng bản nói riêng rất ìt. Ngoại trừ luận văn thạc sĩ, công bố năm 1973 của tác giả Phan Hiếu Hiền (lúc đó là học viên cao học tại Viện nghiên cứu lúa quốc tế IRI, Philipin) về xây dựng phương trính phân ly của hạt trong máy đập, thí hầu như không có một công bố nào của tác giả trong nước về loại máy đập này.
18 Năm 1994, tác giả Phan Hòa [8] ( nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Viện Công cụ và Cơ giới hóa Nông nghiệp) đã bảo vệ thành công luận án phó tiến sĩ khoa học kỹ thuật “ Nghiên cứu một số thông số tối ưu bộ phận đập dọc trục răng bản của máy đập lúa (Đường kình trống 500 mm, sử dụng trong thu hoạch lúa tại các tỉnh miền Trung)”. Các công bố đã được đăng tải trên một số bài báo chuyên ngành và luận án. Về kết quả nghiên cứu lý thuyết, tác giả đã xác định khả năng thông qua bộ phận đập, quy luật phân ly hạt trong bộ phận đập dọc trục, thông số động học của trống đập với tải trọng ngẫu nhiên và mô men quán tình của trống đập bằng phương pháp không tải. Theo Phan Hòa (1994), khả năng thông qua bộ phận đập dọc trục răng bản qmax là: p d .(f1  f 2 ).b.z.v.g...B.. sin . sin . cos  q max  (1.19) .D.( v  u. sin ) Trong đó: pd – lực đập của răng trống đập; f1, f2 – hệ số ma sát giữa khối lúa với răng trống đập và máng trống; b – bề rộng làm việc của răng bản; z – số đường xoắn lắp răng; v – vận tốc đầu răng trống đập; g – gia tốc trọng trường;  – góc giữa mặt phẳng răng với đường sinh trống đập;  – góc giữa cạnh răng với đường sinh trục trống đập;  – góc giữa mặt phẳng răng với phương pháp tuyến; D – đường kình trống đập;  – góc giữa phương chuyển động của khối lúa với phương trống đập. Công thức (1.19) được phát triển từ công thức xác định lượng cung cấp cho trống đập của Ie. S. Baxoi (1978), [20]. Từ công thức (1.19) xác định được ảnh hưởng của các thông số về cấu tạo và chế độ làm việc tới năng suất của bộ phận đập lúa dọc trục răng bản. Theo Phan Hòa (1994), hệ số phân ly  của bộ phận đập dọc trục biểu diễn theo công thức:
19  = (1/L).ln(Q1/YT) (1.20) Trong đó: L – chiều dài trống đập; Q1 – lượng hạt phân ly tại phần chiều dài trống đập ở cửa cung cấp; YT – lượng thóc (hạt) theo rơm. Phương trính (1.20) khá giống với phương trính phân ly hạt của máy đập dọc trục mà tác giả Phan Hiếu Hiền công bố năm 1973, và của các nhà khoa học Liên Xô (cũ) khác là N. P. Krutrikov, Y. Y. Smyrnov, K. Ph. Txerbakov và Y. Ph. Popov (1951), V. P. Gơriatskin (1965), Ie. S. Baxoi (1967, 1978),... Cũng theo Phan Hòa (1994), phương sai vận tốc góc trống đập D là: n2 k 2 .D q .α1.v.[m.γ1.v 2  (m  v. 2.(γ 2  γ1 ) .γ1.v 2 ] Dω   (1.21) 2m m.γ1.v 2  [m  v. 2.(γ 2  γ1 ) ].[(m.v. 2.(γ 2  γ1 )  γ1.v] Công thức 1.21 được phát triển từ công thức xác định vận tốc góc trống đập của Ie. S. Baxoi (1978). Cũng theo Phan Hòa (1994), mô men quán tình của trống đập xác định theo công thức: Jx = JM . [t1/ (t2 – t1 ) ] (1.22) Trong đó: Jx – mô men quán tình cần xác định của trống đập; JM – mô men quán tình đã biết của trục quay với trống đập; t1, t2 – thời gian máy dừng tương ứng với vận tốc góc chạy không tải của trống đập 1 và 2. Công thức (1.22) cũng được phát triển từ công thức xác định mô men quán tình trống đập của Ie. S. Baxoi (1978). Theo Phan Hòa (1994), tần số dao động riêng của trống đập là: 4 3.E.J Ω  . (1.23) L M.L Trong đó: L – chiều dài trống đập; EJ – độ cứng chống uốn của các bán trục; M – khối lượng của trống đập.
20 Và để đảm bảo trống đập làm việc ổn định, không gây ra cộng hưởng thí vận tốc góc của trống đập phải đảm bảo điều kiện:   . Về thực nghiệm, Phan Hòa (1994) đã xây dựng mô hính thống kê thực nghiệm mô tả sự ảnh hưởng của 4 thông số là 3 góc không gian của răng bản , ,  và bề rộng răng bản b đến chi phì năng lượng riêng và tổng hao hụt hạt do độ đập sót và độ thóc bị thổi theo rơm dưới dạng hàm đa thức bậc II. Cũng dựa trên công trính biên soạn của Ie. S. Basoi (1978), [20] nghiên cứu sinh Hoàng Bắc Quốc (1999) [14] đã phát triển thành luận án tiến sĩ kỹ thuật của mính là “Nghiên cứu các thông số chình của bộ phận đập dọc trục trống răng bản làm cơ sở thiết kế máy thu hoạch lúa cho vùng Đồng bằng Sông Cửu Long”. Các kết quả nghiên cứu về mặt lý thuyết của Hoàng Bắc Quốc là nghiên cứu chuyển động của khối lúa trong buồng đập theo phương tiếp tuyến với quỹ đạo đỉnh răng và lý thuyết tình toán động lực học máy đập dọc trục tĩnh tại đường kình 600 mm. Cũng nghiên cứu về máy đập dọc trục răng bản, còn có nghiên cứu sinh Nguyễn Văn Hựu (2000), [10] về đề tài luận án tiến sĩ kỹ thuật về đề tài “Nghiên cứu một số thông số cơ bản của bộ phận đập lúa dọc trục cỡ nhỏ loại răng bản”. Các công bố của các tác giả Hoàng Bắc Quốc (1999), Nguyễn Văn Hựu (2000) đều tương tự như các công bố của Phan Hòa (1994) và phát triển từ công trính biên soạn của Ie. S. Baxoi (1978) nhưng bằng cách tiếp cận và dạng biểu diễn khác. Trong tất cả các đề tài luận án tiến sĩ kỹ thuật (phó tiến sĩ khoa học kỹ thuật trước đây) của các tác giả trong nước về máy đập dọc trục răng bản, các kết quả nghiên cứu lý thuyết đều thông qua khảo sát động lực học máy đập và các quá trình động lực xảy ra trong buồng đập. Về nghiên cứu thực nghiệm, các nghiên cứu sinh đều sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm để xây dựng các mô hính thống kê thực nghiệm. Dựa theo các tài liệu của nước ngoài mà chủ yếu là của Liên Xô (cũ) và các kết quả nghiên cứu đã công bố ở trong nước, các nhà khoa học trong nước đã biên soạn và tái bản các công trính biên soạn trong đó có phần đối tượng là các loại máy