Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu một số bộ phận làm việc chính trong máy liên hợp cắt và trồng hom sắn

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

50
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu luận án nhằm xây dựng được mô hình nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, xác định các thông số cơ bản của một số bộ phận làm việc chính trong máy liên hợp cắt và trồng hom sắn nghiêng, làm cơ sở cho việc thiết kế, chế tạo máy liên hợp cắt và trồng hom sắn.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu một số bộ phận làm việc chính trong máy liên hợp cắt và trồng hom sắn

25 HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGUYỄN NGỌC BÌNH TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU MỘT SỐ BỘ PHẬN LÀM VIỆC CHÍNH TRONG MÁY LIÊN HỢP CẮT VÀ TRỒNG HOM SẮN CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 62.52.01.03 TịMăT TăLU NăỄNăTI NăSƾă HĨăN I - 2016 25
26 Công trình được hoàn thành tại: H căvi năNôngănghi păVi tăNam Ng iăh ngăd năkhoaăh c: 1.ăTS.ăHĨăĐ CăTHỄI 2.ăPGS.TS.ăNỌNGăVĔNăVỊN Ph năbi nă1: PGS.TS.ăL ngăVĕnăV t H căvi năNôngănghi păVi tăNam Ph năbi nă2:ăPGS.TS.ăĐ ăH uăQuy t Vi năKhoaăh căCôngăngh ăC ăkhí,ăT ăđ ngăhóaăvƠăMôiătr ng Ph năbi nă3:ăTS.ăĐ uăTh ăNhu Vi năC ăđi năNôngănghi păvƠăCôngăngh ăsauăthuăho ch Lu năánăs ăđ căb oăv tr căH iăđ ngăđánhăgiáălu năánăc păH căvi năt iăH căvi năNôngănghi pă Vi tăNam VƠoăh iăầ.ăgi ăầ..ăngƠyăầ..ăthángăầ.ănĕmă2016 Cóăth ătìmăhi uălu năánăt iăTh ăăvi n: - Th ăvi năQu c gia - Th ăvi năH căvi năNôngănghi păVi tăNam 26
1 PH Nă1.ăM ăĐ U 1.1. TệNHăC PăTHI TăC AăĐ ăTĨI Việt Nam là nước xuất khẩu sắn thứ 2 thế giới, năm 2014 diện tích trồng sắn của cả nước là 560 nghìn ha với tổng sản lượng đạt gần 9,5 triệu tấn, kim ngạch xuất khẩu đạt 1,12 tỉ USD. Hiện nay sản xuất sắn chủ yếu bằng lao động thủ công nên năng suất thấp, hiệu quả không cao. Trong canh tác sắn, khâu cắt hom và trồng là khâu tốn nhiều công lao động nhất và cần phải thực hiện nhanh khi thời tiết thuận lợi đồng thời cho kịp thời vụ. Theo các nhà nông học thì trồng hom sắn không đúng kỹ thuật có thể làm giảm năng xuất củ tới 30%. Hiện nay phương pháp trồng hom sắn nghiêng là phương pháp tiên tiến giúp nâng cao năng suất củ. Trên thế giới đã nghiên cứu ứng dụng máy trồng hom sắn nằm vào sản xuất, đang nghiên cứu máy trồng hom sắn đứng, chưa có máy trồng hom sắn nghiêng. Các máy của nước ngoài tuy có nhiều ưu điểm nhưng không thực sự phù hợp với điều kiện sản xuất nước ta. Năm 2013, dự án sản xuất thử nghiệm cấp Nhà nước mã số KC 03 DA.15/11-15 do tiến sĩ Hà Đức Thái làm chủ nhiệm đã đưa ra mẫu máy liên hợp cắt trồng hom sắn TR-2-1.2, máy có thể cắt và trồng hom sắn đồng thời. Máy có nhiều ưu điểm: khá gọn nhẹ, khả năng làm việc tốt, có thể trồng hom sắn nghiêng. Tuy nhiên để máy có thể làm việc và ứng dụng hiệu quả cao trong sản xuất thì cần được nghiên cứu đầy đủ về lý thuyết và thực nghiệm. Đề tài được thực hiện giúp nâng cao cơ giới hóa và hiệu quả sản xuất sắn hiện nay. 1.2. M CăTIểUăC AăĐ ăTĨI Xây dựng được mô hình nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, xác định các thông số cơ bản của một số bộ phận làm việc chính trong máy liên hợp cắt và trồng hom sắn nghiêng, làm cơ sở cho việc thiết kế, chế tạo máy liên hợp cắt và trồng hom sắn. 1.3. PH MăVIăNGHIểNăC Uă Nghiên cứu cấu trúc một số bộ phận làm việc chính làm cơ sở cho thiết kế, chế tạo máy liên hợp cắt và trồng hom sắn. 1.4. NH NGăĐịNGăGịPăM IăC AăĐ ăTĨIă - Đã thiết lập được mô hình và công thức tính toán các thông số cơ bản của: bộ phận cắt; bộ phận trồng trên máy liên hợp cắt và trồng hom sắn nghiêng. - Đã đề xuất phương pháp và thiết bị nghiên cứu thực nghiệm xác định áp suất nén tới hạn của lớp đất làm dập mầm hom, từ đó đã xây dựng phương pháp đồ thị xác định khoảng cách tối thiểu từ mép bánh xe lấp nén đất đến hom sắn đảm bảo mầm hom không bị dập. - Đề xuất được phương pháp thí nghiệm lực cắt đứt thân cây sắn, từ đó làm cơ sở tính diện tích mẫu bám bánh xe máy trồng. - Đã xác định được các yếu tố chính ảnh hưởng tới góc nghiêng hom sắn sau khi trồng, phục vụ tính toán thiết kế, chế tạo. - Đã thiết lập và xây dựng được phương pháp điều chỉnh góc nghiêng hom sắn sau khi trồng và điều chỉnh độ nén chặt của đất lên hom sắn. - Kết quả tính toán đã áp dụng chế tạo một số bộ phận làm việc trong máy liên hợp cắt trồng hom sắn. Máy được áp dụng vào thực tiễn sản suất đảm bảo chất lượng 1
2 trồng và đạt hiệu quả kinh tế cao, bước đầu được sản xuất chấp nhận. 1.5. ụăNGHƾAăKHOAăH CăVĨăTH CăTI NăC AăĐ ăTĨIă - Ý nghĩa khoa học: Đã xây dựng mô hình và thiết lập công thức tính toán một số bộ phận chính phục vụ thiết kế, chế tạo máy liên hợp cắt và trồng hom sắn. Kết quả nghiên cứu là tài liệu tham khảo cho các công trình nghiên cứu tiếp theo và phục vụ đào tạo sau đai học chuyên ngành cơ khí nông nghiệp. - Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu tính toán được áp dụng vào chế tạo một số bộ phận trong máy liên hợp cắt trồng hom sắn TR-2-1.2A. Mẫu máy được đưa ra sản xuất góp phần giảm chi phí sản xuất sắn, máy được chế tạo trong nước giúp hạ giá thành sản xuất, hạn chế nhập khẩu. PH Nă2.ăT NGăQUANăTĨIăLI U 2.1. KHỄIăQUỄTăTỊNHăHỊNH S NăXU T,ăTIểUăTH ăS NăTRểNăTH ăGI Iă VĨăVI TăNAM - Việt Nam là một trong những nước sản xuất sắn hàng đầu thế giới, diện tích và sản lượng sắn của Việt Nam đã được quy hoạch ổn định khoảng 500 nghìn ha. Xuất khẩu sắn Việt Nam hàng năm đạt trên 1 tỉ USD. - Nhu cầu sắn cho sản xuất công nghiệp, xăng sinh học và chăn nuôi của Việt Nam và trên thế giới ngày càng lớn. - Sản xuất sắn tại Việt Nam chủ yếu là thủ công, hiệu quả thấp, tốn nhiều lao động. Để nâng cao năng suất, hiệu quả sản xuất sắn thì quá trình canh tác cần được cơ giới hóa theo yêu cầu nông học mới phát huy hiệu quả. 2.2. TỊNHă HỊNHă NGHIểNă C Uă VĨă NGă D NGă C ă GI Iă HịAă KHỂUă TR NGăS NăTRểNăTH ăGI IăVĨăVI TăNAM - Các nước trên thế giới đã nghiên cứu chế tạo: máy cắt hom sắn, máy trồng hom sắn hàng đơn, máy trồng hom sắn hàng đôi. Máy trồng hom sắn của các nước chỉ trồng hom sắn nằm không trồng được hom sắn nghiêng, máy trồng đứng đang được nghiên cứu hoàn thiện chưa ứng dụng trong sản xuất. Các nước Braxin, Trung Quốc đã có liên hợp máy trồng sắn tuy nhiên nhiên còn nhiều nhược điểm, không phù hợp với điều kiện sản xuất Việt Nam và không trồng được hom sắn nghiêng. - Việt Nam đã đầu tư nghiên cứu chế tạo máy cắt hom và máy trồng sắn, máy kế thừa ưu điểm của máy nước ngoài và có nhiều điểm mới. Máy liên hợp cắt và trồng hom sắn TR-2-1.2 đã được dự án KC 03 DA.15/11-15 (do tiến sĩ Hà Đức Thái làm chủ nhiệm) nghiên cứu chế tạo, máy gọn nhẹ, có nhiều ưu điểm, trồng được hom sắn nghiêng, máy đã được ứng dụng vào sản xuất. Tuy nhiên để máy liên hợp có thể ứng dụng hiệu quả cao trong sản xuất thì cần được nghiên cứu đầy đủ về lý thuyết và thực nghiệm một số bộ phận làm việc chính phục vụ hoàn thiện chế tạo máy. Tómăt tăph nă2:ăQua nghiên cứu tổng quan tài liệu có thể tóm tắt như sau: 1. Việt Nam là một trong những nước sản xuất sắn hàng đầu thế giới, diện tích được quy hoạch ổn định, sản lượng sắn của Việt Nam ngày càng tăng, nhu cầu cơ giới hóa sản xuất sắn là rất cấp thiết. 2. Các nước trên thế giới như Braxin, Trung Quốc...đã nghiên cứu ứng dụng máy cắt hom, máy trồng và máy liên hợp cắt trồng hom sắn trong sản xuất, song 2
3 vẫn còn một số nhược điểm và không thực sự phù hợp với điều kiện sản xuất sắn tại Việt Nam nên ít được ứng dụng. Đặc biệt các máy nước ngoài chưa thực hiện được việc trồng hom sắn nằm nghiêng. 3. Máy liên hợp cắt trồng hom sắn TR-2-1.2 của Việt Nam có nhiều ưu điểm máy gọn nhẹ, đặc biệt máy có khả năng trồng được hom sắn nằm nghiêng. Tuy nhiên mẫu máy lần đầu được nghiên cứu chế tạo nên để ứng dụng tốt trong sản xuất thì cần được nghiên cứu đầy đủ về lý thuyết và thực nghiệm bao gồm: - Nghiên cứu xây dựng mô hình làm việc của máy liên hợp cắt trồng hom sắn. - Nghiên cứu bộ phận cắt và cung cấp hom: bán kính vòng tròn cơ sở và bán kính đỉnh dao, khoảng cách giữa hai trục của hai trống lắp dao, tỉ số truyền từ bánh xe máy trồng đến trống lắp dao, các thông số của bánh xe máy trồng. - Nghiên cứu bộ phận trồng hom sắn nghiêng: vị trí lắp bánh xe lấp nén đất; góc nghiêng của máng dẫn hom và phương pháp điều chỉnh sau khi trồng; áp suất nén tới hạn của lớp đất lên hom sắn, khoảng cách tối thiểu từ bánh xe tới hom sắn; các thông số cơ bản của đĩa rạch hàng và đĩa ch m cầu vun luống. - Nghiên cứu quy hoạch thực nghiệm mẫu máy đã được chế tạo. PH Nă3.ăV TăLI UăVĨăPH NGăPHỄPăNGHIểNăC U 3.1.ăĐ A ĐI MăVĨăTH IăGIANăNGHIểNăC U 3.1.1.ăĐ aăđi mănghiênăc u - Khoa cơ điện - Học viện Nông nghiệp Việt Nam - Công ty cơ khí Tân Vũ - Xã Sơn Lai - Nho Quan - Ninh Bình; Xã Phú Thịnh - Ngọc Lặc - Thanh Hóa. 3.1.2. Th iăgianănghiênăc u Từ tháng 9 năm 2011 đến tháng 9 năm 2015. 3.2. Đ IăT NGăNGHIểNăC U - Máy liên hợp trồng sắn TR-2-1.2 của dự án KC 03 DA.15/11-15 - Các giống sắn đang được trồng phố biến hiện nay: KM90, KM94... 3.3. N IăDUNGăNGHIểNăC U - Tổng quan tình hình sản xuất sắn, kỹ thuật trồng sắn, tình hình nghiên cứu ứng dụng cơ giới hóa trồng sắn trên thế giới và tại Việt Nam. - Xây dựng mô hình máy liên hợp cắt trồng hom sắn và một số bộ phận làm việc chính của máy: bộ phận cung cấp và cắt hom, bộ phần trồng, bộ phận vun luống. - Tính toán một số bộ phận làm việc chính của máy liên hợp. - Nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố và đa yếu tố. - Tính sơ bộ hiệu quả kinh tế khi ứng dụng máy vào sản xuất. 3.4. PH NGăPHỄPăNGHIểNăC U 3.4.1. Ph ngăphápănghiênăc uălỦăthuy t Dựa vào lý thuyết tính toán máy nông nghiệp, thiết lập mô hình và kỹ thuật tính toán để xác định một số thông số các bộ phận chính của máy như: đường kính đĩa cắt, đường kính đĩa vun, diện tích mấu bám, số mẫu bám, các yếu tố ảnh hưởng đến góc nghiêng hom sắn… 3
4 3.4.2.ăPh ngăphápănghiênăc uăth cănghi m 3.4.2.1. Phương pháp xác định áp suất ép của đất vào hom sắn để đ m b o an toàn cho mầm hom Để xác định ứng suất ép lên hom sắn trong quá trình trồng, chúng tôi bố trí mô hình thí nghiệm và áp dụng lý thuyết để tính toán xác định ứng suất cực đại (hình 3.1). 6 5 4 3 2 P 1 p p H d l B L 1. Hộp gỗ; 2. Nắp hộp; 3. Đất; 4. Hom sắn; 5. Mắt hom; 6. Lực kế Hìnhă3.1.ăMôăhìnhăthíănghi măl căépălƠmăd păm măhomăs n P p (N/cm2) (3.1) F Trong đó: P – lực nén được xác định bằng lực kế (N); F – diện tích nắp hộp (cm2): 3.4.2.2. Phương pháp xác định lực cắt hom sắn và lực bám của bánh xe Để xác định lực cản cắt của hom sắn, chúng tôi đề xuất thiết bị thí nghiệm như hình 3.2. 6 5 P 1 PC1 PC 2 2 7 01 02 8 1 R Rd 2 3 4 Hìnhă3.2.ăThi tăb ăthíănghi măxácăđ nhăl căc tăhomăs n 1. Đĩa chủ động; 2. Đĩa bị động; 3. Mấu cao su; 4. Dao cắt; 5. Khung thiết bị; 6. Cây sắn; 7. Lực kế; 8. Tay đòn. R PC max  Pmax (3.2) Rd Trong đó: PCmax - tổng lực cản cắt của bộ phận cắt; Pmax - Giá trị cực đại hiện thị trên lực kế; R - chiều dài cánh tay đòn của thiết bi thí nghiệm; Rd - bán kính vòng tròn đỉnh dao. 4
5 Để đảm bảo có thể cắt được hom sắn thì lực bám của bánh xe phải th a mãn điều kiện sau: 2M C1max PC max Rd P   (3.3) Rk .i.mx Rk .i.mx Trong đó: P - lực bám của bánh xe; MC1max – mô men cản cắt cực đại; Rk – bán kính bánh xe; Rd – bán kính vòng tròn đỉnh dao; i, mx – tỷ số truyền và hiêu suất hữu ích của bộ truyền động xích. 3.4.2.3. Một số phương pháp nghiên cứu thực nghiệm khác Phương pháp xác định độ cứng của đất; Phương pháp xác định độ ẩm của đất (độ ẩm tuyệt đối); Phương pháp xác định vận tốc làm việc hợp lý của máy; Phương pháp xác định năng suất làm việc của máy; Xác định các chỉ tiêu hiệu quả kinh tế: Bằng các công thức toán và thực nghiệm của tác giả Phan Thanh Tịnh và Bùi Quang Huy xuất bản năm 1993. 3.4.3.ăPh ngăphápănghiênăc uăth cănghi măđ năvƠăđaăy uăt Chọn 3 yếu tố có ảnh hưởng nhiều nhất đến quá trình trồng sắn bao gồm: Vận tốc liên hợp máy V, góc nghiêng máng dẫn hom, góc tiến của bánh xe lấp nén đất, với hàm mục tiêu là góc nghiêng của hom sắn sau khi trồng. Các yếu tố đầu vào và ra của thiết bị được mô tả theo hình 3.3. X1 Đ Iă X2  T NGă Y NGHIểNă C U X3  Hìnhă3.3.ăCácăy uăt ăđ uăvƠoăvƠăraăc aăthi tăb Trong đó: X1 - Vận tốc tiến của máy V (km/h) X2 - Góc nghiêng của máng dẫn hom (độ) X3 - Góc tiến của bánh lấp nén đất (độ), là góc nghiêng của mặt phẳng dọc của bánh xe so với phương chuyển động của máy. Y - Góc nghiêng của hom sắn sau khi trồng (độ) 3.4.4.ăPh ngăphápăđoăđ căvƠăx ălỦăs ăli u - Dùng các thiết bị, dụng cụ đo đếm trực tiếp. - Kết quả đo đạc các số liệu được xử lý theo phương pháp thống kê toán học, khi đo n lần lặp lại được các giá trị Xi (i = 1÷n) và tính các giá trị trung bình theo công thức: 1 n X tb   Xi n 1 (3.4) - Xử lý số liệu trên các phần mềm: Matlab; Excel… 5
6 PH Nă4.ăK TăQU ăVĨăTH OăLU N 4.1.ăĐ TăV NăĐ Từ kết quả phân tích đã tham khảo các mẫu máy nước ngoài để phục vụ nghiên cứu, tính toán về lý thuyết một số bộ phận làm việc chính trên mẫu máy TR-2-1.2 của dự án KC 03 DA.15/11-15 cho phù hợp với các yêu cầu trồng sắn ở Việt Nam. Mẫu máy sau khi được dự án chế tạo, chúng tôi tiến hành nghiên cứu thực nghiệm trên đồng ruộng. Trong phần này chúng tôi trình bày kết quả nghiên cứu xây dựng mô hình tính toán một số thông số chính của máy liên hợp cắt và trồng hom sắn nghiêng. 4.2. M TăS ăYểUăC UăK ăTHU TăĐ IăV IăM UăMỄYăTHI TăK Để máy làm việc hiệu quả, mẫu máy cần đáp ứng một số yêu cầu cơ bản như sau: Máy cắt được hom sắn có chiều dài trong khoảng 15-25cm; đường kính thân cây từ 18 - 35mm; Khoảng cách giữa hai hom sắn trên cùng một luống từ 60-80cm; Góc nghiêng của hom sắn sau khi trồng khoảng 30 - 60 độ; Hom sắn được lấp đất từ 2/3 đến 3/4 chiều dài thân hom; Điều chỉnh được chiều cao và bề rộng của luống đất. 4.3.ăMỌăHỊNHăK TăC UăT NGăTH ăVĨăNGUYểNăLụăLĨMăVI CăC Aă MỄYăLIểNăH PăC TăVĨăTR NGăHOMăS Nă 4.3.1.ăS ăđ ăk tăc u Sơ đồ kết cấu thể hiện trên hình 4.1. 9 8 V 10 7 6 11 12 1 2 3 4 5 Hìnhă4.1.ăS ăđ ănguyênălỦăk tăc uăc aămáyăliênăh păc tăvƠătr ngăhomăs n 1- Bánh xe máy trồng; 2- Đĩa rạch hàng; 3- Hom sắn; 4- Bánh xe lấp nén đất; 5- Đĩa vun luống; 6- Xích truyền động; 7- Trống cắt hom bị động; 8- ng nạp liệu; 9- Cây sắn; 10- Trống cắt hom chủ động; 11- Máng dẫn hom; 12- Khung máy. Kết cấu của máy gồm 3 bộ phân chính: bộ phận nạp liệu và cắt hom, bộ phận trồng, và bộ phận vun luống. - Bộ phận nạp liệu và cắt hom gồm: bánh xe máy trồng 1, trống cắt hom bị động 7, trống cắt hom chủ động 10, xích truyền động 6, ống nạp liệu 8, máng dẫn hom 11. - Bộ phận trồng bao gồm: Đĩa rạch hàng 2, cặp bánh lấp nén đất 4. - Bộ phận vun luống gồm: Cặp đĩa vun luống 5. 4.3.2.ăăNguyênălỦălƠmăvi căc aămáyăliênăh pă 4.3.2.1. Nguyên lý làm việc của bộ phận n p liệu và cắt hom Khi máy làm việc với vận tốc V, bánh xe máy trồng 1 lăn đi và truyền động quay cho bộ phận cắt thông qua cặp bánh răng 10, 7 và xích 6. Cây sắn giống được người 6
7 công nhân vận hành thả vào ống dẫn hom 8. Khi đi vào vùng không gian giữa hai trống cắt 7 và 10, cây sắn được các mấu cao su gắn trên hai trống 7 và 10 kéo xuống. Khi cây sắn dịch được một đoạn tương ứng với lúc gặp dao cắt thì dao sẽ cắt đứt thân cây tạo thành hom sắn. Hom sắn rơi xuống máng, rồi trượt xuống rãnh đất. 4.3.2.2. Nguyên lý làm việc của bộ phận trồng Đĩa rạch hàng chuyển động theo chiều tiến của máy kéo rạch thành hàng với độ nông sâu theo yêu cầu. Hom sắn sau khi được cắt rơi vào máng dẫn hom 11 rồi rơi xuống rãnh. Cặp bánh xe lấp nén đất 4 chuyển động quay kết hợp tịnh tiến vun dồn đất vào hom sắn đồng thời nén đất để giữ cho hom sắn cố định với góc nghiêng nào đó. 4.3.2.3. Nguyên lý làm việc của bộ phận vun luống Cặp đĩa vun luống 5 chuyển động quay kết hợp tịnh tiến theo chiều chuyển động của máy kéo. Đĩa được thiết kế dạng ch m cầu, 2 đĩa so le nhau để vun luống dễ dàng. Hai đĩa vun 5 vun đất lấp lên thân cây sắn với độ dày lớp đất phụ thuộc vào góc nghiêng của đĩa và tải trọng pháp tuyến trên đĩa. 4.4.ăXỄCăĐ NHăCỄCăTHỌNGăS ăC ăB NăC AăB ăPH NăCUNGăC PăVĨă C TăHOM 4.4.1.ăS ăđ ănguyênălỦăk tăc u Sơ đồ nguyên lý kết cấu thể hiện trên hình 4.2. Cây sắn Vh Dao cắt Mấu cao su   Trống A lắp dao r2 450 450 B  Đĩa xích bị động d e R Hìnhă4.2.ăS ăđ ănguyênălỦăk tă c uăc aăb ăph năcungăc păvƠă 0 Rm f Rd c tăhomăs n D Trong đó: d- đường kính hom sắn; R0- bán kính vòng tròn cơ sở; Rd – Xích V bán kính đỉnh dao; Rm- khoảng cách k từ tâm trống đến hom sắn; e- khoảng r1 Bánh xe cách an toàn cho hom sắn không bị máy trồng dập; f- khe hở an toàn cho các dao không Đĩa xích Rk chủ động va chạm vào nhau; V – vận tốc liên hợp máy; Vh – vận tốc cây sắn. 44.2.ăXácăđ nhăm tăs ăthôngăs ăc ăb năc aăb ăph năc tăhom 4.4.2.1. Xác định bán kính vòng tròn cơ sở R0 Chọn trước số dao trên đĩa n và chiều dài hom sắn là l Vận tốc chuyển động của cây sắn: vh  Rm  ( R0  e) (4.1) Xét trong một vòng quay của trống ta có: 7
8 vh t  ( R0  e).t  nl  t  2 n.l. Suy ra:  R0  e (4.2) 2 Theo yêu cầu nông học, chiều dài hom sắn l = 20 ÷ 22 cm Chọn trước khe hở an toàn cho hom sắn e = 4 ÷ 5 mm, số dao trên một đĩa n = 4. nl 4*22 Bán kính vòng tròn cơ sở sẽ là: R0  e   0,5  13,5 cm 2 2 4.4.2.2. Xác định bán kính vòng tròn đỉnh dao Rd Rd  R0  e  0,5d  0,5 f (4.3) 4.4.2.3. Xác định kho ng cách giữa hai trục của trống lắp dao D D  2Rd  f (4.4) 4.4.2.4. Xác định tỷ số truyền Tỷ số truyền từ bánh xe của máy trồng đến trục trống chủ động i:  i k (4.5)  ltr ( R0  e) Từ mô hình tính được: i (4.6) l.Rk Thay R0 từ công thức (4.2) vào (4.6) ta được: n.ltr i (4.7) 2 Rk Chọn 3 mức khoảng cách giữa hai hom trên một luống: ltr  60;70;80 cm . Đường kính bánh xe máy trồng chọn theo kinh nghiệm: D = 45cm. Thay các giá trị vào công thức (4.7) nhận được các giá trị tỉ số truyền tương ứng với khoảng cách trồng khác nhau: với ltr=60; 70; 80cm thì i=1,7; 1,99; 2,27. 4.4.3. Phơnătíchăcácăy uăt ă nhăh ngăđ năch tăl ngăc tăhomăs n 4.4.3.1. nh hưởng đến độ đồng đều về chiều dài các hom sắn Sơ đồ xác định chiều dài hom sắn thể hiện trên hình 4.3. Dựa trên hình 4.3 ta xác định chiều dài hom sắn: l  ld  lm (4.8) Trong đó: ld  Rd sin  0 (4.9)  lm  Rm  Rm (   0 ) (4.10) 2 ld - chiều dài dịch chuyển của hom do dao kéo xuống; lm - chiều dài dịch chuyển của hom do lực ma sát các mấu cao su kéo xuống Rm - khoảng cách từ tâm trống lắp dao đến hom sắn: Rm  Rd  0,5(d  f ) (4.11) f - khe hở an toàn cho hai dao không va chạm nhau;  0 - góc xác định vị trí dao bắt đầu cắt hom: R  0,5(d  f )  0  arccos d (4.12) Rd Thay các công thức trên vào (4.8) ta được 8
9  l  Rd sin  0  [ Rd  0,5(d  f )](  0 ) (4.13) 2 d Hom 3 Vh  V0 x Vh  Vm Hom 3 Hom 2 A Bắt đầu cắt Hom 2 A l  Dao 2  lm Dao 2 l 0 B y Y Y Dao1  ld y 0 0 0 B V0 y Dao1 y Rd V0 x Vd Cắt đứt l Vm hom 1 Rm Rm Hom1 X xX a) b) x Hìnhă4.3.ăS ăđ ăxácăđ nhăchi uădƠi homăs n a) Giai đoạn I: Dao kéo hom xuống; b) Giai đoạn II: Mấu bám kéo hom xuống Qua các công thức trên cho thấy ngoài các thông số kết cấu của máy, đường kính hom sắn d là thông số gây ảnh hưởng đến chiều dài hom sắn. 4.4.3.2. nh hưởng đến chất lượng mặt cắt hom sắn Mô hình phân tích quá trình chuyển động của dao cắt như hình 4.4. vh Cây sắn  Dao1 y Dao 2 0 x y A v Ay Rd  A v Ay 01 0 v Ax vA B R0 v Ax vA Dao 3 Vùng biến dạng C Dao 4 Hom sắn Mấu cao su Đĩa lắp dao R0 e ymax Rm d x 2 Hìnhă4.4.ăMôăhìnhăphơnătíchăquá trìnhăchuy năđ ngăc aădaoăc t 9
10 Chất lượng mặt cắt của hom sắn phụ thuộc vào nhiều yếu tố: nguyên lý cắt, vận tốc cắt, chất lượng kỹ thuật của dao, tính chất cơ lý của cây sắn. Nguyên lý cắt của bộ phận cắt đang nghiên cứu là cắt có tấm kê. Xây dựng phương trình chuyển động tương đối của dao so với thân cây. Đặt hệ trục tọa độ tương đối x0y trên thân cây sắn, gốc tọa độ đặt tại điểm bắt đầu dao tiếp xúc với thân cây sắn (điểm 0 trên hình 4.4). Trong hệ tọa độ tương đối, coi cây sắn đứng yên và dao chuyển động tương đối. a. Vận tốc chuyển động tương đối của mũi dao  , vận tốc của mũi dao sẽ là: Xét chuyển động của điểm A bất kỳ trên cung 0B VA  Rd . (4.14)  Phân tích véc tơ vận tốc VA thành hai thành phần: thành phần theo phương   chuyển động của cây sắn là VAx và thành phần vuông góc với thân cây là VAy . VAx  VA cos( 0   )  Rd  cos( 0   )   (4.15) VAy  VA sin( 0   )  Rd .sin( 0   )  b. Vận tốc cắt Vận tốc chuyển động của cây sắn trước khi gặp dao cắt: vh  ( R0  e). (4.16) Ta có thể giả thiết: Trong quá trình cắt, vận tốc dịch chuyển của cây sắn bằng thành phần vận tốc của mũi dao theo phương 0x. Do đó chuyển động tương đối của mũi dao theo phương x là bằng không (x = 0). Phương trình dịch chuyển tương đối của dao so với thân cây có dạng: x  0  (4.17)  y  Rd cos( 0   )  Rd cos  0 R  0,5(d0  f ) Trong đó:  0  arccos d (4.18) Rd Cây sắn Vùng bị kéo đứt vh   f Dao o f Hom sắn a b c Hìnhă4.5.ăQuáătrìnhăc tăđ tăhomăs năraăkh iăcơy a) Thực hiện cắt; b) Kết thúc cắt; c) Kéo đứt Theo nguyên lý này, mặt cắt ở đầu hom sắn sẽ là mặt phẳng vuông góc với thân cây sắn. Khi góc nghiêng của dao  > 0, phần lưng của thân dao ép thân cây sắn lên phía trên và nhờ đó mũi dao sẽ kéo đứt phần chưa được cắt và hom sắn sẽ được tách ra 10
11 kh i cây sắn. 4.4.3.4. nh hưởng đến độ dập nát thân hom và các mắt trên hom sắn Bộ phận kẹp bằng các mấu cao su mềm, các dao lắp trên hai đĩa được bố trí đối xứng với nhau đảm bảo an toàn cho thân cây một cách tuyệt đối không bị dập. Kết quả thực nghiệm đã khẳng định giả thuyết này là đúng. 4.4.4.ăXácăđ nhăcácăthôngăs ăc ăb năc aăbánhăxeămáyătr ng Sơ đồ truyền động thể hiện trên hình 4.6. MC   MC k V  Gk Fk h MX Rk Zk Pk B h a Mấu bám Hìnhă4.6.ăS ăđ ăxácăđ nhăkíchăth căm uăbámăbánhăxeă Mô men cản do bộ phận cắt truyền xuống được xác định theo công thức: 2M C MX  (4.19) im Trong đó: MC - mô men cản trên đĩa cắt, được xác định bằng thực nghiệm; i - tỷ số truyền của bộ truyền xích; m - hiệu suất của bộ truyền. Mô men làm quay bánh xe Mk được tạo ra bởi mô men ngẫu lực M(Fk,Pk) và có thể tính theo công thức: M k  Fd Rk  Pk Rk (4.20) Trong đó: Fk - lực kéo của máy kéo; Pk - phản lực tiếp tuyến của mặt đồng tác dụng lên bánh xe; Rk - bán kính vành bánh xe. Mô men cản lăn của bánh xe: M f  Gk .a  Z k a (4.21) hoặc M f  fGk R k (4.22) Trong đó: Gk - tải trọng pháp tuyến trên bánh xe; Zk - phản lực pháp tuyến của mặt đồng; a - khoảng dịch chuyển của phản lực pháp tuyến; f - hệ số cản lăn. Điều kiện để bánh xe có thể lăn được là: M k max  M X  M f (4.23) 2M C hoặc Pk max Rk   fGk R k (4.24) im 11
12 Pkmax là lực bám của bánh xe: Pk max  Gk ; trong đó  - hệ số bám của bánh xe. 4.4.4.1. Tính kho ng cách các mấu bám L Khoảng cách giữa hai mấu bám L được quy ước lấy bằng chiều dài cung trên vành bánh xe chắn góc chia  (hình 4.6): 2 L  Rk   Rk (4.25) n Với n là số mấu bám của bánh xe. Để bộ phận cắt làm việc liên tục thì phải đảm bảo luôn có ít nhất hai mấu bám tiếp xúc với đất, khoảng cách giữa hai mấu bám được tính theo công thức: L  D.h (4.26) Các thông số lựa chọn: D=450mm; h=100mm. Kết quả tính được: L  212mm . Để th a mãn điều kiện (4.26) ta chọn L  212mm . 4.4.4.2. Tính số mấu bám n trên vành bánh xe Xác định số mấu bám theo tài liệu (Nguyễn Bảng, 1995): n ≥ π D/L (4.27) Thay số ta được n ≥ 6,66, chúng tôi chọn n = 12, tính lại ta có: L = 117,75 mm 4.4.4.3. Tính diện tích và kích thước của mấu bám Phản lực tiếp tuyến của mặt đồng tác dụng lên bánh xe có thể xác định theo công thức (Nguyễn Bảng, 1995): Pk  C..S (4.28) Nếu xác định trước Pk theo điều kiện th a mãn yêu cầu của bộ phận cắt, ta có thể xác định được diện tích mấu bám: Pk S (4.29) C. Xác định lực cắt hom sắn: Lực cắt của hom sắn được xác định bằng thực nghiệm theo mô hình thí nghiệm. Sơ đồ cấu tạo như hình 3.2 Giống sắn MK94, đường kính lớn nhất D = 32 mm, với 10 lần thí nghiệm lặp lại xác định được Pmax = 235N. Từ cân bằng mô men ta có: Pmax .R  P.i.R bx Pmax R Suy ra P (4.30) i.Rk Kết quả tính được diện tích thức tế của mấu bám: S  B  h  10cm  10cm  100cm2 4.5. XỄCăĐ NHăCỄCăTHỌNGăS ăC ăB NăC AăB ăPH NăTR NGăHOMă S N 4.5.1.ăL a ch nămôăhìnhănghiênăc uă Quá trình thực hiện trồng hom sắn bao gồm 3 giai đoạn: xẻ rãnh, thả hom sắn, lấp đất ở gốc. Để giảm bớt những khó khăn trong quá trình làm việc, chúng tôi lựa chọn phương án lấp đất bằng hai giai đoạn: vùi lấp và vun luống. 4.5.2. Xácăđ nhăcácăthôngăs ăc ăb năc aăb ăph năl pănénăđ tăăă Sơ đồ tổng thể của bộ phận lấp nén đất thể hiện như hình 4.7. 12
13 V z ltr Máng dẫn hom Đĩa rạch hàng Hom sắn  Bánh xe lấp nén đất Rn  hn 01 A z01  B  hl hr x 0 l1  xA x0 Lớp đất lấp hom sắn L0 a) Mô hình trên hình chiếu đứng dọc Hom sắn Hom sắn hn hr hr hl b) Thiết diện ngang sau khi c) Thiết diện ngang sau khi xẻ rãnh xong lấp đất xong Hìnhă4.7.ăMôăhìnhăxácăđ nhăcácăthôngăs ăc ăb n c aăb ăph nătr ngăhomăs n 4.5.2.1. Xác định vị trí tương đối giữa gốc hom sắn và bánh xe lấp nén đất a) Trường hợp mặt phẳng bánh xe song song với phương chuyển động Trong trường hợp này, để có thể gạt được đất về phía hom sắn, ta sử dụng hai bánh xe có kết cấu là hình nón cụt với đỉnh nằm về phía hom sắn. Trên hình 4.8 là sơ đồ hệ thống đang ở thời điểm hom sắn bắt đầu tiếp xúc với đáy rãnh. Điều kiện để đất không rơi xuống đáy rãnh trước khi hom sắn tiếp xúc với đáy rãnh là: xA  0 (4.31) Dựa trên quan hệ hình học ta có thể xác định được vị trí lắp trục bánh xe 0 1 để th a mãn điều kiện (4.31): x0  xA  Rn2  ( Rn  hn )2 (4.32) Trong đó: Rn – bán kính mặt ngoài của bánh xe; hn – độ lún của bánh xe. Chiều cao vị trí lắp trục bánh xe lấp đất so với đáy luống sẽ là: z01  hr  Rn  hn (4.33) 13
14 V z  Máng Rn Hom sắn Rn rn rn 01  z01 A C hn D B hr x 0 xA a) xC b) x0 A B  C D x 01 b 0 c) y Hìnhă4.8.ăS ăđ ănguyênălỦălƠmăvi căb ăph năl pănénăđ t khi m tăphẳngăbánhăxeăsong songăv iăph ngăchuy năđ ngăă (=0) a) Hình chiếu đứng; b) Hình chiếu cạnh; c) Hình chiếu bằng . b) Trường hợp mặt phẳng bánh xe lệch một góc  so với phương chuyển động Để tăng hiệu quả lấp đất xoay mặt phẳng bánh xe đi một góc  như hình 4.9. V b b' z  h Hom sắn Rn Máng rn 01 02  A C D E hn B hr I I II  II III  III x 0 xA I II III x0 Rn2  ( Rn  hn )2 A B   C D E bN A b' b B x C  D E b' b x 0 I II III x0 y Hinh 4.9.ăăXácăđ nhăv ătríăl păđ tăbánhă Hìnhă4.10.ăĐi uăch nhăchi uăcaoăl păđ tăl pă xeăl pănénăđ tăx0 bằngăcáchăxoayăbánhăxeăl pănénăđ tăm tăgócă khiăxoayăbánhăxeănghiêngăm tăgócă   14
15 Từ quan hệ hình học ta có thể xác định được: x0  xA  AB.cos   bN sin  (4.34) AB  Rn2  ( Rn  hn )2 (4.35) Tác dụng của việc xoay bánh xe lấp nén đất đi một góc  so với phương chuyển động x là để tăng thêm chiều cao lớp đất lấp, nhờ đó sẽ làm tăng khả năng giữ chặt hom sắn được tốt hơn. 4.5.2.2. Xác định góc nghiêng của máng dẫn hom Sơ đồ xác định góc nghiêng của máng dẫn hom sắn thể hiện trên hình 4.11. V z Máng Sm  P0 h Rn Hom 01 00 P hn zP A0 B1 B0 zm min A1  hL hr x 0 0'  xA0 Lớp đất lấp x0 a0 x0 s0  sm sm xP Hìnhă4.11.ăS ăđ ăxácăđ nhăgócănghiêngăc aămángăd năhom Từ các quan hệ hình học ta có thể xác định được góc nghiêng của máng dẫn hom như sau: - Đặt hom sắn tại vị trí 0P có góc nghiêng theo yêu cầu là  ; - Quãng đường dịch chuyển của bánh xe: s0  x0  a0 (4.36) hr  hn Trong đó: a0  (4.37) tg Quãng đường dịch chuyển của máng tương ứng với điểm P là: hr  hn sm  s0  x0  tg Đặt đoạn 00’= sm. Góc nghiêng của đoạn thẳng 0’P chính là góc nghiêng của máng dẫn hom  đảm bảo cho hom sắn sau khi trồng có góc nghiêng là  . zP tg   (4.38) xP  sm 15
16  xP  l.cos  Trong đó:  (4.39)  zP  l.sin  Điểm thấp nhất của máng dẫn hom phải th a mãn điều kiện: zm min  z p  l sin  (4.40) 4.5.2.3. Điều chỉnh góc nghiêng của hom sắn Mô hình điều chỉnh góc nghiêng hom sắn như hình 4.12. M M0 Máng z  Hom h V P0   ' P P' o1 o0 A1 B1 A0 B0 hn Rn B '1 hL  x 0 sm  s0 s0 a0 x0 a '0 x '0 s '0 s 'm  s '0 Hìnhă4.12.ăĐi uăch nhăgócănghiêngăhomăs năsauăkhiătr ng bằngăcáchăăthayăđ iăv ătríăt ngăđ iăc aăbánhăl păđ tăx0 Phương pháp điều chỉnh: ta có thể thực hiện bằng cách thay đổi vị trí lắp đặt bánh xe lấp nén đất so với gốc của hom sắn x0. Gỉa sử ta tăng x '0  x0 (hình 4.12) thì điểm B '1 sẽ gặp hom sắn muộn hơn do đó quãnq đường dịch chuyển của bánh xe s '0  x '0  a '0  s0 , điểm P dịch thêm một đoạn đến P’, góc  '   . Như vậy, với góc nghiêng của máng   const , nếu tăng x0 sẽ làm cho góc nghiêng của hom sắn  giảm xuống 4.5.3.ăXácăđ nhăápăsu tăchoăphépăc aăđ tătácăd ngălênăhomăs n 4.5.3.1. Kết qu thí nghiệm xác định ứng suất ép khi mầm hom bắt đầu dập Lực nén đất phải nh hơn lực làm dập mầm hom. Theo yêu cầu của nông học thì lực ép đất vào hom sắn tới hạn khi tế bào mầm hom bị dập, biểu hiện là mầm hom sắn bị trầy xước hoặc chẩy nước. Vì vậy cần tính toán ứng suất nén tới hạn lên mầm sắn để làm cơ sở phục vụ cho việc tính toán thiết kế máy. Áp suất nén giới hạn được xác định theo thực nghiệm ở trên, áp suất nén tác động lên mầm được tính gần đúng theo công thức: P p (N/cm2) (4.41) F 16
17 Kết quả thí nghiệm cho loại giống sắn KM94 cho thấy đường kính thân cây sắn từ 21,5-24,0cm, lực nén từ 221-225N, áp duất nén từ 1,75-1,79N/cm2. 4.5.3.2. Xác định áp suất trong đất dưới tác dụng của bánh xe lấp hàng Trong phạm vi luận án này, chúng tôi sử dụng phương pháp tính gần đúng các giá trị ứng suất nén trong đất của (Nguyễn Bảng, 1995). a) Trường hợp nén đất theo phương thẳng đứng Khi có một đầu nén hình chữ nhật nén vuông góc vào mặt đất với áp suất tại bề mặt là p0 thì nó sẽ truyền vào trong đất, gây ra sự biến dạng của đất và do đó làm thay đổi ứng suất nén trong đất. Sơ đồ thí nghiệm như hình 4.13. P Khuôn nén 0 p0 600 l0 z A B lz pz Hìnhă4.13. S ăđ ăxácăđ nhă ngăsu tănénătrongăđ t Gi ăthi t: Áp suất p0 ở bất kỳ điểm nào dưới khuôn phẳng vuông đều bằng nhau và bằng: P P p0   (4.42) S0 l02 ng suất nén tại độ sâu z: l0 .b pz  p0 (4.43) (l0  z )(b  z ) b) Trường hợp sử dụng bánh nén đất Trong trường hợp này, theo phương thẳng đứng chịu tác dụng của trọng lượng G, còn theo phương chuyển động chịu tác dụng của lực đẩy Px. Do đó lực nén đất tổng hợp là R, thể hiện hình 4.14. V R G pz p0 Px 0 r L0 p0  C z B A 300 pz z z Hìnhă4.14.ăS ăđ ăxácăđ nhă ngăsu tătrongăđ t d iătácăđ ngăc aăbánhăxeă 17
18 Công thức tính áp suất (4.42) có thể viết lại: G p0  (4.44) 2r.B sin  .cos  ng suất trong đất pz ở độ sâu z >0 có thể tính tương tự như trường hợp nén thẳng đứng (4.43): L0 B pz  p0 (4.45) ( L0  z )( B  z ) Đồ thị quan hệ giữa ứng suất trong đất pz với độ sâu pz  f ( z ) có dạng như trên hình 4.16. Tại lớp đất trên bề măt (z = 0) ứng suất là lớn nhất pz max  p0 . ng suất nén trong đất ở các lớp đất sâu hơn sẽ giảm dần. Như vậy ứng suất trong đất pz phụ thuộc vào tải trọng thẳng đứng G, bán kính bánh xe r, bề rộng bánh xe B, hệ số cản lăn  và độ sâu lớp đất z. c) Xác định vị trí lắp đặt bánh xe lấp nén đất lên hom sắn Khi bánh xe lấp nén đất làm việc, nếu áp suất của đất tác dụng lên mầm hom lớn hơn giá trị cho phép ( pz  pcp ) thì mầm hom bị dập. Do vậy cần phải xác định vị trí lắp đặt bánh xe hợp lý để sao cho áp suất tại bề mặt p0 khi lan truyền đến hom sắn phải nh hơn giá trị cho phép ( pz  pcp ). Giá trị áp suất cho phép đã được xác định bằng thực nghiệm. Vị trí lắp đặt bánh xe có thể được xác định bởi khoảng cách từ mép bánh xe đến hom sắn. Trên hình 4.15 trình bày sơ đồ xác định khoảng cách tối thiểu ymin để đảm bảo mầm hom không bị dập. R G G ymin r Px  0 y 300 0 L0 30 Pf ' zmin 300 A B zmin y  z ' tg 300 z z' pz  pcp a) Trong mặt phẳng dọc b) Trong mặt phẳng ngang Hìnhă4.15.ăS ăđ ăxácăđ nhăv ătríăl păđ tăbánhăxeăl pănénăđ t Trên hình 4.16 là một ví dụ minh họa với các điều kiện đầu vào là: r = 22,5 cm, B = 6 cm, G = 420N;   0,17 ; pcp  1,7 N / cm2 Kết quả tính toán khoảng cách tối thiểu cho phép ymin = 4,8497 cm 18