Nghiên cứu xác định một số thông số sử dụng và kết cấu hợp lý cho liên hợp máy thu hoạch nghêu

Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố sử dụng và kết cấu đến tính năng kinh tế kỹ thuật của liên hợp máy, nhằm xác định giá trị hợp lý của các thông số, góp phần xây dựng cơ sở dữ liệu cho việc hoàn thiện thiết kế chế tạo và nâng cao hiệu quả sử dụng LHM thu hoạch nghêu.

ĐẶT VẤN ĐỀ

1 Sự cấp thiết của vấn đề nghiên cứu

Nước ta có bờ biển dài, có tiềm năng rất lớn về phát triển nuôi trồng thủyhải sản Trong số các loài thủy hải sản, nuôi nghêu là một trong những nghề đemlại lợi ích kinh tế lớn Nghêu hay ngao là tên gọi dùng để chỉ các loại động vậtthân mềm hai mảnh vỏ (nhuyễn thể) thuộc họ Veneridae chuyên sống ở vùngnước ven biển có độ mặn cao, nước trong, nhiều đất cát sỏi phân bố chủ yếu ởvùng biển nhiệt đới và cận nhiệt đới Đây là loại hải sản có giá trị kinh tế cao, dễnuôi, không tôn nhiều công chăm sóc

Nuôi nghêu không tốn thức ăn vì nghêu là động vật ăn lọc, không có khảnăng chủ động săn mồi và chọn lọc thức ăn, 90% thức ăn là mùn bã hữu cơ, cònlại là sinh vật phù du chủ yếu là tảo silic, tảo giáp, tảo lam, tảo lục và tảo kim cósẵn trong môi trường sinh sống Thịt nghêu là loại thực phẩm có giá trị dinhdưỡng cao, thơm ngon được nhiều người ưa thích (chiếm 56% protein tính theotrọng lượng khô) Nghêu sinh trưởng rất nhanh, sức sinh sản lớn, sản lượng khaithác hàng năm tương đối cao, phục vụ tiêu thụ nội địa và xuất khẩu, chính vì thếchúng trở thành đối tượng kinh tế của ngư dân vùng ven biển nước ta đặc biệt làvùng Đồng bằng sông Cửu Long làm cho nghề nuôi nghêu phát triển tuy vậycũng cần đặt ra vấn đề khai thác hợp lý để bảo vệ nguồn lợi này

Nuôi nghêu ở Việt Nam hiện nay đem lại hiệu quả kinh tế rất lớn, làm hồi sinhnhiều vùng đất ven biển trước đây bị bỏ hoang, tạo việc làm và thu nhập ổn địnhcho một bộ phận cư dân nghèo sinh sống ở ven biển, góp phần xóa đói giảmnghèo và đảm bảo an sinh xã hội

Tiềm năng và định hướng phát triển của nghề nuôi nghêu được thể hiện rõqua quyết định phê duyệt quy hoạch phát triển nuôi nhuyễn thể hàng hóa tập

trung đến năm 2020, của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn; trong đó cóQuy hoạch vùng nuôi nghêu, sò đến năm 2015 và năm 2020 cho các tỉnh đồngbằng sông Cửu Long (ĐBSCL) như: Cà Mau, Bạc Liêu, Tiền Giang, Sóc Trăng,Kiên Giang, Bến Tre và Trà Vinh, với tổng diện tích đến năm 2015 là 28.110 ha

và năm 2020 phát triển lên 35.690 ha

Quyết định Quy hoạch nêu rõ: đến năm 2015, diện tích nuôi nghêu 15.950

ha, sản lượng 142.700 tấn, kim ngạch xuất khẩu đạt 114,16 triệu USD; diện tíchnuôi sò 12.160 ha, sản lượng 63.320 tấn, kim ngạch xuất khẩu 73,95 triệu USD.Đến năm 2020, diện tích nuôi nghêu 20.590 ha, sản lượng 206.300 tấn, kimngạch xuất khẩu đạt 198,03 triệu USD; diện tích nuôi sò 15.100 ha, sản lượng102.688 tấn, kim ngạch xuất khẩu 154,02 triệu USD Một trong những công việctốn nhiều sức lao động nhất trong quá trình nuôi nghêu là khâu thu hoạch Thuhoạch nghêu ở nước ta còn thủ công nên năng suất và chất lượng thấp, theo khảosát 60 người trong ba giờ thu hoạch được khoảng 0,8 tấn nghêu

Với diện tích và sản lượng lớn, tăng đều hàng năm như vậy, việc cơ giới hóakhâu thu hoạch nghêu, mà cụ thể là thiết kế, chế tạo máy thu hoạch nghêu đápứng được các yêu cầu kỹ thuật - công nghệ, thay thế cho công việc thu hoạch thủcông hiện nay là một việc làm cấp thiết, nhằm nâng cao năng suất chất lượng sảnphẩm, giảm chi phí sản xuất, thỏa mãn tối đa tính thời vụ cũng như các yêu cầungày càng cao cho tiêu dùng trong nước và xuất khẩu

Để có thể tạo ra một LHM thu hoạch nghêu hoàn thiện với đầy đủ các tínhnăng kinh tế - kỹ thuật – công nghệ hoàn chỉnh, đáp ứng tốt các yêu cầu côngviệc, cần phải thực hiện đầy đủ nhiều công đoạn phức tạp khác nhau liên quanđến đối tượng tác động (con nghêu), điều kiện làm việc (nền đất), nguồn độnglực (máy kéo) và bộ phận công tác (máy thu hoạch)

Trên cơ sở thực hiện một phần công việc nằm trong đề án thiết kế chế tạoLiên hợp máy thu hoạch nghêu cho các vùng nuôi nghêu ven biển nước ta, trongphạm vi giới hạn và yêu cầu của một luận văn Thạc sỹ kỹ thuật cơ khí, tác giả đềxuất đề tài:

“Nghiên cứu xác định một số thông số sử dụng và kết cấu hợp lý cho liên hợp máy thu hoạch nghêu”

2 Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố sử dụng và kết cấu đến tính năngkinh tế - kỹ thuật của liên hợp máy, nhằm xác định giá trị hợp lý của các thông

số, góp phần xây dựng cơ sở dữ liệu cho việc hoàn thiện thiết kế chế tạo và nângcao hiệu quả sử dụng LHM thu hoạch nghêu

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng luận về tình hình chăn nuôi và thu hoạch nghêu ở nước ta

1.1.1 Tổng luận về tình hình chăn nuôi nghêu ở nước ta hiện nay

Nước ta có bờ biển dài (khoảng 3.260 km), có tiềm năng rất lớn về pháttriển nuôi trồng thủy hải sản Trong chiến lược phát triển Nuôi trồng thuỷ sảnhiện nay, động vật thân mềm được xem là đối tượng ưu thế và đầy triển vọng.Với vai trò quan trọng làm thực phẩm, đa dạng đối tượng nuôi, góp phần vàoviệc làm sạch môi trường, ổn định sinh thái, là thành viên không thể thiếu trongnghề nuôi bền vững Trong các loại động vật thân mềm thì nghêu là loài khá dễnuôi, ít bệnh tật, không tốn thức ăn, thị trường dễ tiêu thụ, lợi nhuận cao Nghềnuôi nghêu ven biển nước ta đã có những bước phát triển mạnh mẽ về diện tích,sản lượng nuôi cũng như mức độ thâm canh trong những năm qua vì vậy ở nước

ta hiện nay, nghêu được nuôi nhiều ở các tỉnh ven biển phía Nam như TiềnGiang (Gò Công Đông) khoảng 2.300 ha, Bến Tre (Bình Đại, Ba Tri, ThạnhPhú) khoảng 4.420 ha, Trà Vinh (Cầu Ngang, Duyên Hải) khoảng 1.500 ha, SócTrăng (Vĩnh Châu) khoảng 1.000 ha, Bạc Liêu (Bạc Liêu, Vĩnh Lợi, Ngọc Hiển)Khoảng 222 ha, ven biển Cần Giờ (thành phố Hồ Chí Minh) khoảng 2.000 ha.Bên cạnh đó nghề nuôi nghêu ở một số tỉnh ven biển miền Bắc và Bắc Trung bộ

có những bước phát triển mạnh mẽ trong những năm qua, đã mang lại nguồn thulớn cho nhiều nông hộ, góp phần phát triển kinh tế xã hội ở nhiều địa phương.Kết quả điều tra cho thấy Thái Bình có diện tích và sản lượng nghêu nuôi lớnnhất (khoảng 1.984ha) tiếp theo là Nam Định (khoảng 1.708ha), Thanh Hóa(khoảng 960ha), Quảng Ninh (khoảng 1.271ha) Hà Tĩnh có diện tích nuôi(khoảng 200ha) và một số tỉnh duyên hải Bắc và Trung bộ

Vùng nhiệt đới Tây Thái Bình Dương, từ Đài Loan đến Việt Nam

(duyên hải Nam bộ) rất phù hợp cho loài Nghêu Bến Tre (Meretrix lyrata) sinh trưởng và phát triển Nghêu Bến Tre là loài động vật thân mềm 2 mảnh vỏ

(Bivalvia), ở nước ta chúng phân bố tự nhiên ở khu vực vùng triều cửa sông ven

biển các tỉnh miền Tây Nam bộ như: Gò Công Đông (Tiền Giang), Cầu Ngang,Duyên Hải (Trà Vinh), Bình Đại, Ba Tri, Thạnh Phú (Bến Tre), Vĩnh Châu (Sóc

Trăng); Môi trường sống của nghêu là các bãi có chất đáy cát bùn, chịu được

độ mặn từ 7-25 ‰ Hình dạng: vỏ hình tam giác, nghêu lớn có chiều dài 50mm, chiều cao 40-45mm và chiều rộng 30-35mm Từ năm 1999 trong việc tìmkiếm đối tượng nuôi phù hợp với điều kiện khí hậu của miền Bắc, nghêu Bến Tređược người dân đưa vào nuôi thử nghiệm ở một số vùng cửa sông ven biển và đãcho kết quả tốt

40-Hình 1.1 Nghêu Bến Tre

Nghêu Bến Tre là đối tượng đang được người dân quan tâm bởi giá trịdinh dưỡng của nó Thịt thơm ngon có nhiều chất dinh dưỡng trong đó Prôtêinchiếm 15,66%, Lipit chiếm 3,43%, khoáng chiếm 3-13% và đang là một trongnhững mặt hàng hải sản có giá trị xuất khẩu cao Đặc biệt tháng 10/2008 Hộiđồng bảo tồn biển quốc tế vừa cấp giấy chứng nhận tiêu chuẩn thương hiệu MSC

(Marine Sterwarship Council) cho nghêu Bến Tre trở thành đặc sản biển đầu tiên

của cả khu vực Đông Nam Á Sự công nhận này sẽ giúp con nghêu Bến Tre cónhiều cơ hội xuất khẩu sang nhiều thị trường trong khu vực và trên thế giới

Đặc điểm tự nhiên vùng chăn nuôi nghêu

Nghêu là loài sống vùi phân bố trên các bãi biển, eo vịnh có đáy là cátpha bùn Theo nghiên cứu chỉ tiêu môi trường của nghêu ở đồng bằng sông CửuLong cho thấy nghêu thường phân bố nhiều ở nơi nền đáy có tỷ lệ cát 68 - 75%,

tỷ lệ sét 21 - 31%, đất thịt có tỷ trọng thấp < 7% Bãi nghêu phân bố thường ở

gần cửa sông có sóng gió nhẹ, có nguồn nước ngọt chảy vào Chúng phân bố từvùng trung triều, hạ triều, cho đến độ sâu 1-2m nước, có khi bắt gặp ở cả độ sâu

2-4m Trong tự nhiên chưa gặp loài này ở đáy bùn nhuyễn hay bùn cát Nghêu là

loài rộng nhiệt: Chúng có thể sống trong điều kiện nhiệt độ từ 5 - 35oC, khoảngnhiệt độ thích hợp cho nghêu phát triển là 28-31oC, tốc độ dòng chảy 0,1 - 0,25m/s, hàm lượng oxy hoà tan khoảng 4 - 6 mg/l, pH 6-9, độ mặn dao động từ 19-26%0 độ mặn phù hợp cho ngao phát triển nhất là 22-25%0

Nghêu sinh trưởng theo mùa, đặc biệt là vào mùa mưa, chất hữu cơ từ cáccửa sông đổ ra nhiều, nghêu mau lớn, sinh trưởng nhanh Nghêu là loài phân tínhđực cái riêng, chưa gặp hiện tượng lưỡng tính Khi tuyến sinh dục thành thục, nócăng lên như hai múi bưởi, màu nâu nhạt Số trứng trong noãn sào con cái3.168.000 - 8.650.000, trung bình 5.362.000 trứng trong một cá thể Đây là loài

sinh sản quanh năm, nhưng tập trung vào tháng 1 đến tháng 2 và tháng 7 đếntháng 8 Tỷ lệ đực cái trung bình 1:1, 5 Một con nghêu cái có thể đẻ hàng triệutrứng một lần Đẻ trung bình 5 triệu trứng/cá thể Ấu trùng nghêu sống trôi nổitrong nước một thời gian thì hình thành vỏ rồi chìm xuống đáy.

Nghêu “cám” bé bằng nửa hạt gạo, vỏ mỏng, dẹp, nặng 0,04-0,07 g(15.000-25.000 con/kg) vùi sâu xuống cát khoảng 1 cm, lên kiếm ăn theo thủytriều và thường bị sóng cuốn và dòng triều đưa đi tương đối xa, có khi dạt lêncao, bị phơi khô mà chết Sau khoảng hơn 1 tháng, nghêu cám lớn thành nghêugiống, nặng 0,16-0,20 g (5.000-6.000 con/kg), vỏ đã tương đối cứng, có thể đemươm ở các bãi Chọn bãi nuôi nghêu ở vùng gần bờ, cách khoảng 500 m; khôngquá gần cửa sông (vùng nước ngọt đổ ra biển); cách xa nơi bị ô nhiễm từ nguồnnước thải nội địa, nhất là nơi thải của các loại hóa chất; ít bị sóng gió tác động,thuận tiện cho việc chăm sóc và quản lý Mặt bãi cần bằng phẳng, không ứ đọngnước nhiều, có chế độ thủy triều lên xuống đều đặn, khi nước rút thì bãi hoàntoàn cạn (thời gian phơi bãi khoảng 5-6 giờ/ngày) Chất đáy là cát bùn, trong đócát chiếm từ 70-90%

Trước khi thả giống, cần nhặt bỏ các tạp chất có trong bãi, cắm cọc và ràolưới chắn xung quanh

Nghêu là loại động vật ăn lọc, 90% thức ăn là mùn bã hữu cơ, còn lại làsinh vật phù du-chủ yếu là tảo silic, tảo giáp, tảo lam, tảo lục và tảo kim Nghêu

ăn và tăng trưởng mạnh từ tháng thứ hai đến tháng thứ năm Mưa lũ làm giảm độmặn, khiến nghêu ít ăn và chậm lớn

Khi nghêu tăng trưởng, khối lượng thịt tăng chậm hơn so với vỏ Cứ 100

kg nghêu cỡ 35-37 mm (45-50 con/kg), ta thu được 7,7-8,3 kg thịt; nhưng với

100 kg nghêu to cỡ 49-50 mm (19-21 con/kg) thì chỉ thu được 6,7-7,3 kg thịt Vìvậy không nên để nghêu quá lớn mới thu hoạch.

1.1.2 Năng suất và các phương pháp thu hoạch nghêu ở nước ta

Năng suất nuôi nghêu

Theo khảo sát hiện nay năng suất nuôi nghêu trung bình là 20-25 tấn/ha,nhưng nếu người nuôi có kinh nghiệm và kỹ thuật cao, chăm sóc tốt thì có thểđạt 50-55 tấn/ha, như vậy nếu mật độ nghêu phân bố đều thì mỗi m2 bãi nuôi cóthể thu hoạch từ 2 đến 5,5 kg nghêu thịt

Thu hoạch

Thu hoạch nghêu là khâu nặng nhọc, chiếm nhiều nhân công nhất trongquy trình nuôi nghêu và quyết định rất nhiều đến năng suất Giá ngày công laođộng vào thời vụ thu hoạch cao gấp 1,5 – 2 lần so với ngày thường

Để có thể thiết kế chế tạo ra máy thu hoạch nghêu có các đặc tính kỹ thuật phùhợp, đáp ứng các yêu cầu về năng suất, chất lượng khâu thu hoạch nghêu, cầnthiết phải có các nghiên cứu đồng bộ liên quan đến đặc tính sinh trưởng, kỹ thuậtnuôi nghêu, đặc điểm địa hình, tính chất đất, điều kiện khí hậu thời tiết thủy vănvùng bãi nuôi nghêu và các hình thức thu hoạch nghêu đã và đang được áp dụng

Thời gian thu hoạch quanh năm Khi nghêu đạt kích cỡ thương phẩmtrung bình từ 40 - 60 con/kg Mùa thu có chất lượng cao vào tháng 4 - 7

Thu hoạch nghêu lúc đạt kích cỡ vừa (dài khoảng 30-40mm), sau 8-10 thángnuôi Chọn thu hoạch vào lúc cuối mùa mưa, là lúc nghêu mập, nặng ký, ngon.Tiến hành thu hoạch vào lúc triều rút, lúc chúng đã được ăn no và thải ra cácthức ăn thừa thãi, chỉ giữ lại nước nên thịt nghêu sẽ rất sạch (ngược lại, lúc triềulên, nghêu thường ngậm cát, bùn)

Hình1.2 Khai thác nghêu thủ công

Khai thác nghêu hiện nay còn rất thủ công, người khai thác nghêu dùngcào sắt để cào nghêu Sau một ngày làm việc mỗi người chỉ cào được khỏang 60-70kg nên chi phí cho khâu thu hoạch là rất lớn đồng thời không đảm bảo đượctính thời vụ Một hình thức thu hoạch cho năng suất cao hơn là dùng áp lực vàlưu lượng nước từ bơm nước để gom và làm sạch nghêu, tuy nhiên hình thức thuhoạch này yêu cầu phải có nguồn nước gần bãi nuôi, gây xáo trộn bề mặt vùngbãi nuôi sau thu hoạch

1.2 Tình hình cơ giới hóa thu hoạch nghêu ở trong nước và ngoài nước

1.2.1 Tình hình cơ giới hóa thu hoạch nghêu ở ngoài nước

Nghêu hiện nay đã được nuôi theo hình thức tập trung ở các nước thuộckhu vực châu Á như: Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhật Bản, Đài Loan…, tuy nhiênquy mô còn ở mức độ nhỏ vì vậy nhu cầu cơ giới hóa khâu thu hoạch chưa cao,hiện nay hình thức thu hoạch chủ yếu vẫn là thủ công và sử dụng một số công cụ

hỗ trợ năng suất thấp

1.2.2 Tình hình cơ giới hóa thu hoạch nghêu ở trong nước

Từ khi nghề nuôi nghêu ở nước ta hình thành và phát triển đến nay việcthu hoạch nghêu hoàn toàn bằng thủ công Khi thủy triều hạ dần để lộ những bãinghêu còn xâm xấp nước thì những người bắt nghêu dùng lưỡi cào hớt nhẹ lênlớp cát để nhặt nghêu Lưỡi cào rà đến đâu, nghêu hiện ra đến đó, được họ nhặtcho vào gùi Công việc cào nghêu chỉ kết thúc khi con nước bắt đầu lên cao

Dụng cụ cào nghêu đơn giản chỉ là một cào sắt nhỏ có từ 5 đến 7 răngnhưng công việc lại hết sức vất vả vì phụ thuộc vào thủy triều Những người gắn

bó với nghề này nắm rõ quy luật lên xuống của con nước để kịp đi cào nghêu khinước vừa rút

Sử dụng bơm nước tạo áp suất của dòng nước để loại bỏ lớp cát bề mặt vàgom nghêu thành đống là hình thức thu hoạch đã được ứng dụng tại một số vùngchăn nuôi nghêu tập trung Phương pháp thu hoạch này cho năng suất khá cao,chất lượng nghêu thu hoạch đảm bảo về độ sạch, nhưng phụ thuộc nhiều vào vị

trí nguồn nước, gây xáo trộn bề mặt sau thu hoạch và chất lượng nghêu thươngphẩm không cao do nghêu bị ngậm cát.

Hiện nay Viện phát triển công nghệ Cơ – Điện Trường Đại học Nôngnghiệp Hà Nội đã nghiên cứu thiết kế chế tạo một LHM thu hoạch nghêu cỡ nhỏnăng sất 0.5 ha/h, có khả năng thu gom, phân loại và di chuyển ổn định trên nềnđất yếu Hiện nay máy đang được thử nghiệm để tiếp tục hoàn thiện kết cấu vànguyên lý làm việc, đặc biệt là cho các bộ phận máy công tác và hệ thống diđộng, để có thể đáp ứng tốt nhất các yêu cầu công việc thu hoạch nghêu

Hình 1.3 Mô hình máy thu hoạch nghêu

1.3 Cơ sở lý thuyết tính toán thành lập liên hợp máy

1.3.1 Tính chất cơ lý của đất

Các tính chất cơ học của đất có ảnh hưởng trực tiếp đến các thành phần tácđộng lên dải xích của máy kéo từ đó làm ảnh hưởng đến khả năng kéo bám của

hệ thống di động máy, ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc và các chỉ tiêu kinh tế,

kỹ thuật khác của liên hợp máy kéo

Việc nghiên cứu sâu về các tính chất cơ lý của đất đã có chuyên ngànhriêng, đó là cơ học đất Trong phạm vi đề tài luận án, tác giả chỉ tập trung nghiêncứu một số tính chất cơ bản liên quan đến khả năng và hiệu suất làm việc của cácliên hợp máy kéo

Nhiều công trình nghiên cứu về sự tương tác giữa hệ thống di động của ô

tô, máy kéo với nền đất đã khẳng định khả năng chống biến dạng của đất theophương pháp tuyến (vuông góc với nền đất) và theo phương tiếp tuyến (songsong với nền đất) gây ảnh hưởng lớn nhất đến các chỉ tiêu kéo bám, khả năng lái,hiệu quả phanh, và ảnh hưởng đến tính ổn định chuyển động của liên hợp máy

Dưới tác động của hệ thống đi động sẽ làm cho các phần tử đất xê dịchtheo các phương khác nhau và xuất hiện các ứng suất theo các phương đó Đểtiện cho việc nghiên cứu, thông thường người ta phân tích các ứng suất theo haithành phần: thành phần pháp tuyến σ và thành phần tiếp tuyến τ Thông quacác quy luật thay đổi và các giá trị giới hạn của các ứng suất này ta có thể đánhgiá khả năng chống biến dạng và khả năng mang tải của nền đất tiếp xúc với dảixích của máy kéo Các thông số này thường được sử dụng làm thông số đầu vàocho các mô hình nghiên cứu tính chất kéo bám của hệ thống di động máy kéo

Các tính chất cơ lý của đất được nghiên cứu khá sâu ở các công trìnhnghiên cứu của N.A Xưtôvich, M.G Becker, GS.TSKH Phạm Văn Lang, TSPhạm Văn Ngân Các tính chất này của đất ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng dichuyển của máy kéo.

1.3.2 Khả năng chống nén của đất

Để nghiên cứu khả năng chống nén của đất thường người ta sử dụng thiết

bị chuẩn để ép đầu đo vào trong đất

Quan hệ giữa ứng suất pháp tuyến σ và biến dạng h trong quá trình nén

được thể hiện trong hình 1.4 Đồ thị này có tên gọi là đặc tính nén của đất hayđường cong nén đất Đặc tính nén của đất có thể chia thành 3 phần tương ứngvới ba giai đoạn của quá trình nén đất Trong giai đoạn thứ nhất chỉ xảy ra sựnén chặt làm cho các phần tử đất xích lại gần nhau, quan hệ giữa ứng suất và

độ biến dạng là tuyến tính Trong giai đoạn thứ hai sự nén chặt đất vẫn tiếptục xảy ra nhưng đồng thời xuất hiện cục bộ hiện tượng cắt đất ở một số vùngbao quanh khối đất Khi đó ứng suất lớn hơn lực nội ma sát và lực dính giữacác hạt đất, do đó biến dạng sẽ tăng nhanh hơn so với sự tăng ứng suất vàquan hệ giữa chúng là phi tuyến Cuối giai đoạn hai ứng suất trên toàn bộvùng bao quanh khối đất lớn hơn nội lực ma sát và lực dính giữa các phần tửđất, quá trình nén chặt đất kết thúc và bắt đầu xảy ra hiện tượng trượt hoàntoàn giữa khối đất và vùng đất bao quanh nó và ứng suất pháp tuyến đạt giá trịcực đại Trong giai đoạn thứ ba chỉ xảy ra hiện tượng truợt của khối đất, ứngsuất không tăng nhưng biến dạng vẫn tiếp tục tăng Ở một số loại đất tronggiai đoạn này ứng suất còn giảm xuống chút ít

Sự xuất hiện ứng suất pháp tuyến trong đất là do tác động của ngoại lực(lực nén) Khi tăng lực nén sẽ làm tăng ứng suất cho đến khi đạt đến ứng suất

cực đại, sau đó dù có tăng lực nén ứng suất không tăng nữa Do đó ứng suấtcực đại σmax sẽ đặc trưng cho khả năng chống nén của đất Giá trị cực đại σmax

và độ sâu h * phụ thuộc vào loại đất và trạng thái vật lý của nó Do vậy σmax

thường được sử dụng để đánh giá khả năng chống nén và khả năng mang tải củađất

Sự biến dạng của đất theo phương pháp tuyến liên quan đến độ sâu củavết bánh xe và do đó ảnh hưởng đến lực cản lăn của máy kéo Vì vậy đườngđặc tính nén đất được sử dụng như một cơ sở khoa học để tính toán thiết kế hệthống di động của máy kéo

Khi chỉ nghiên cứu vùng quan hệ tuyến tính có thể sử dụng công thức đơn

Để mô tả toàn bộ đường cong, M.G Becker đã đề suất hàm số mũ:

Trong quá trình cắt đất theo phương ngang xảy ra sự biến dạng và xuấthiện các ứng suất tiếp tuyến Thực nghiệm cho thấy rằng, mối quan hệ giữa biếndạng δ và ứng suất τ có dạng như đồ thị trên hình 1.5.

Đối với đất chặt, ứng suất cắt cực đại τmax và δ0, sau đó giảm dần đến mộtgiá trị tới hạn nào đó τδ 1 rồi xảy ra trượt hoàn toàn (đường 1) Đối với đất xốpthì ứng suất cắt τ tang dần tới giá trị cực đại τmax 2 rồi xảy ra hiện tượng trượthoàn toàn, nghĩa là giá trị tới hạn bằng bằng giá trị cực đại τδ 2 = τmax 2 (đường2)

Khả năng chống cắt của đất được đặc trưng bởi ứng suất tới hạn của nó.Giá trị ứng suất tới hạn τδ phụ thuộc vào loại đất và ứng suất pháp tuyến τ .

Trên hình 1.6a thể hiện đặc tính cắt đất rời khi thay đổi các giá trị ứng suấtpháp khác nhau Với áp suất ngoài càng lớn thì ứng suất giới hạn τδ cũng càng

Hình 1.5 Đặc tính cắt của đất

1 - Đất chặt; 2 - Đất xốp

1 2

max1

0

τma

x1

lớn Quan hệ giữa ứng suất cắt τδ và ứng suất pháp σ là tuyến tính, thể hiện trênhình 1.6b và được biểu diễn bởi công thức:

Hình 1.6 Ảnh hưởng của tải trọng pháp

tuyến đến khả năng chống cắt của đất

a) Quan hệ giữa ứng suất tiếp τ và

chuyển vị ∆ (1, 2, 3 với ba mức ứng

suất pháp tăng dần).

b) Quan hệ giữa ứng suất tiếp τδ và

chuyển vị σ khi cắt đất rời.

c) Quan hệ giữa ứng suất tiếp τδ và

ma x1

2τ

ma x1

3τ

ma x1

τδ

σ

τ

max 1

0τ

ma x1

0τ

ma x1

τ δ = τ 0 +σtgφ

τmax1φ

τ0

Trong thực tế, điều kiện làm việc của máy kéo thường chuyển động trêncác loại đất tự nhiên Quá trình tương tác giữa hệ thống di động xích (xích hoặcbánh xe) với nền đất xảy ra phức tạp hơn Các mấu bám cắt đất theo 3 mặt: mặt

đáy, và 2 mặt cạch Quan hệ giữa lực cắt T và tải trọng pháp tuyến N có dạng

như hình 1.7 Quá trình cắt đất có thể mô hình hóa như hình 1.8

Lực chống cắt của đất biểu thị qua công thức :

Trong đó : T 0 – Lực dính

N – Tải trọng pháp tuyến.

Nếu chúng ta ký hiệu lực ma sát nghỉ là T n = T max và f n là hệ số ma sát nghỉ

thì ta có thể xác định chúng theo công thức sau :

Hình 1.8 Ứng suất sinh ra trong đất do tác dụng của mẫu bám bánh

T A

N p A

= - Áp suất do tải pháp tuyến N gây ra.

Khi đó hệ số ma sát nghỉ có thể tính theo công thức:

Khi ngoại lực tác dụng lên đất bằng hoặc lớn hơn ma sát nghỉ thì sẽ xảy ra

sự trượt tương đối với nhau giữa các phần tử đất Khi đó lực chống cắt sẽ đượctính theo lực ma sát trượt:

Tδ = f Nδ

Trong đó : fδ - hệ số ma sát trượt

Đôi khi hệ số ma sát trượt còn được gọi là hệ số ma sát trong Hệ số này

phụ thuộc vào áp suất ngoài p Thực nghiệm cho thấy rằng sự phụ thuộc của các

hệ số ma sát vào áp suất p có dạng như hình 1.9 f n , f δ

p

τ

ma x1

0τ

ma x1

Quan hệ giữa ứng suất cắt τ và độ biến dạng Δ cũng tương tự như thí

nghiệm cắt đất trong hộp kín

Mô tả toán học đườn cong cắt đất

Đề mô tả đường cong cắt đất, M.G Becker đề xuất áp dụng dao động điềuhòa có dạng:

X =B e−α +B e−α

Trong đó: B1, , ,α1 B2 α2 - Các hệ số đặc trưng quá trình dao động

M.G Becker đã biến đổi phương trình trên để mô tả quan hệ giữa ứng suất

∆

τ

m ax1

τ0

τmax

1

0τ

m ax1

τ c = τ 0 + σf δ

= τ max1

Hình 1.11 Sự phụ thuộc ứng suất cắt giới hạn τδ và ứng suất pháp σ

k 1 , k 2 – Các hệ số thực nghiệm xác định quá trình trượt của máy kéo xích;

∆ - Biến dạng của đất theo phương ngược với chuyển động của máy

Công thức trên không được thực tế chấp nhận vì nó tồn tại một số nhượcđiểm là công thức quá phức tạp và khó xác định được các hệ số thực nghiệm.Ngoài ra, ý nghĩa của các hệ số này là không thực tế Ví dụ, khi độ biến dạng đủ

lớn thì ứng suất giảm rất nhanh, khi k 2 >1, ∆  ∞ thì ứng suất cắt dần tới 0 (τ

 0) Điều đó không phù hợp với quy luật thực tế

Trên cơ sở phân tích lý thuyết về biến dạng dẻo và giới hạn chảy của đất,ông G.I Pokpovski (người Nga) đã đề xuất công thức:

Phân tích công thức này có thể rút ra một số nhật xét:

Khi biến dạng ∆ đủ lớn, ứng suất cắt τ dần đến giá trị hằng số Quá trìnhcắt đất có thể chia thành 2 giai đoạn (2 pha): trong giai đoạn đầu ứng suất và

Giá trị giới hạn của hàm này tương ứng với quá trình cắt trượt của đất Hàm này

sẽ có giá trị cực đại t max và chính là lực ma sát nghỉ.

Theo tính chất của hàm trên cho thấy bản chất về toán học và vật lý khôngmẫu thuẫn nhau và tương đối phù hợp với các số liệu thực nghiệm

Khái quát hoá các công thức (1 – 9) và sử dụng hàm hypebolic, ông V.V.Kasưghin (người Nga) đã đề xuất công thức cho loại đất chặt:

k ch

k

ττ

Trong đó: f td – hệ số ma sát tương đương; k τ – hệ số biến dạng, m; p – áp

lực riêng trên đất, Pa; ∆ - biến dạng của đất, m.

Hệ số ma sát tương đương là hàm của hệ số ma sát nghỉ và ma sát trượt.Đối với đất có độ ẩm trung bình, hệ số ma sát tương tương có thể xác định theocông thức thực nghiệm:

0,8252,55 f n f

2

td td

k

f arc

Với độ chính xác tương đối, đất hoang hoá, độ ẩm trung bình, hệ số biến

dạng có thể tính theo công thức k τ = 0,4t (t – bước mấu xích của xích hoặc của

bánh xe)

Đối với đất dẻo (đường cong 2, hình 1.10), khi đó: f n = f δ và f td = 0, công

thức (1 – 10 ) được viết lại:

Công thức (1 – 10) và (1 – 11) cũng tương tự như công thức (1 – 3) mô tảđường cong nén đất nhưng V.V Kasưghin sử dung công thức (1 – 10) và (1 –11) để mô tả đường cong và tính toán ứng suất tiếp khi thí nghiệm cắt đất.

1.4 Máy kéo xích

Máy kéo là loại xe tự hành bằng bánh lốp hoặc bằng dải xích Nó có thểchuyển động trên đường và có thể làm việc cả ở những nơi không có đường xáhay trên đồng ruộng Máy kéo được dùng làm nguồn động lực cho các máy côngtác đi theo chúng để hoàn thành các công việc trong nông, lâm, ngư nghiệp, côngnghiệp, giao thông vận tải, xây dựng v.v…

Trong nông nghiệp máy kéo được sử dụng để thực hiện nhiều dạng côngviệc khác nhau như: Cày, bừa, gieo trồng, chăm sóc cây trồng, thu hoạch, vậnchuyển, v.v…Ngoài ra máy kéo cũng có thể làm nguồn động lực cho các máytĩnh tại như bơm nước, tuốt lúa, nghiền trộn thức ăn giá súc, v.v…

Trong lâm nghiệp, máy kéo được sử dụng để thực hiện các công việc nhưlàm đất trồng rừng, khai thác gỗ, nhổ rễ cây, vận chuyển gỗ, v.v…

Trong các công việc của sản xuất ngư nghiệp, máy kéo cũng được sử dụng

để vận chuyển, các công việc khác vẫn còn ở mức độ hạn chế

Trong giao thông vận tải, máy kéo được dùng để vận chuyển hàng hóatrên các đường xấu hoặc không có đường giao thông

Đặc điểm chung của loại này là giảm được áp lực riêng trên đất và có khảnăng bám tốt, tuy nhiên kết cấu hệ thống di động phức tạp, giá thành cao Máykéo xích thường được sử dụng để hoàn thành các công việc cần lực kéo lớn nhưsan ủi, cày bừa trên đất độ ẩm cao, nhổ và ủi gốc cây, v.v…

Các loại này dùng để kéo hàng nặng trên nền đất hoặc đường tạm thời.Chúng còn dùng như một đầu kéo rơmooc hay là máy cơ sở của các máy xây

dựng (máy cạp, máy ủi, máy đào, cần trục, v.v…) Máy kéo xích có áp lực riênglên đất nhỏ, hiệu suất kéo và lực bám cao nên có khả năng thông qua lớn hơnbánh lốp Tốc độ di chuyển của chúng không quá 12 km/h, áp lực lên đất củamáy kéo xích là 0,1 MPa.

Thông số của máy kéo chủ yếu là lực kéo tại móc kéo, và cũng dựa vào đó

mà phân loại máy kéo thành từng nhóm Lực kéo của móc kéo được xác định ởvùng tốc độ làm việc chính 5 - 7 km/h đối với máy kéo bánh lốp Lực kéo củamáy kéo xích gần bằng trọng lượng của nó Các loại máy kéo công nghiệpthường phân thành nhóm có sức kéo 100, 150, 200, 350, 500 kN Các loại máykéo công nghiệp có các loại khác nhau để có thể làm máy cơ sở cho xe nânghàng, máy ủi, máy xới, v.v… Công suất động cơ của chúng phân bố trong mộtmiền rất rộng từ 50 - 1800 kW hoặc hơn

Các bộ phận và hệ thống chính của máy kéo gồm: Động cơ, hệ thốngtruyền lực, truyền lực các đăng, cầu chủ động, hệ thống di động, hệ thống treo(hay còn gọi là hệ thống giảm xóc), hệ thống điều khiển gồm hệ thống lái và hệthống phanh, trang bị điện và các trang bị làm việc khác

1.4.1 Hệ thống truyền lực

Hệ thống truyền lực là tổ hợp của một loạt các cơ cấu và hệ thống nhằm

truyền mômen quay từ trục khuỷu động cơ đến bánh chủ động của ôtô, máy kéo

Hệ thống truyền lực có tác dụng nhằm biến đổi về trị số và chiều của mômenquay truyền, cho phép máy kéo dừng tại chỗ lâu dài mà động cơ vẫn làm việc, hệthống truyền lực còn có thể trích một phần công suất của động cơ để truyền đến

bộ phận làm việc của máy công tác Phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo của máykéo cụ thể mà trong hệ thống truyền lực của chúng có thể có một hai hay nhiềucầu chủ động

Cầu chủ động là tổ hợp của các cụm máy và cơ cấu cho phép các bánh chủđộng quay với tốc độ khác nhau để bảo đảm các bánh lăn êm dịu trên mặt đườngkhông bằng phẳng hay khi đi vào đường vòng, nó còn làm tăng tỷ số truyềnchung cho hệ thống truyền lực và liên kết bánh xe với khung máy

Truyền lực các đăng dùng để truyền mômen từ hộp số hay hộp phân phốiđến các cầu chủ động của ôtô máy kéo, hoặc từ truyền lực chính đến các bánh xechủ động trên cùng một cầu khi các bánh xe treo độc lập với nhau Truyền lựccác đăng cho phép các trục của các bộ phận máy được truyền động không nằmtrong cùng một mặt phẳng và có thể dịch chuyển tương đối với nhau trong mộtgiới hạn nhất định

Hệ thống truyền lực của máy kéo có sự khác nhau đáng kể so với hệ thốngtruyền lực của ô tô Các loại máy kéo bánh lốp hay bánh xích, thường không có

bộ vi sai, còn khi quay vòng sẽ hãm một trong các dải xích

Hệ thống truyền lực của máy kéo có thể là cơ khí, cơ - thuỷ lực và điện

Hệ thống truyền lực cơ khí của máy kéo xích gồm: ly hợp ma sát, hộp số, trụccác đăng, truyền lực chính, ly hợp bên hay còn gọi là ly hợp chuyển hướng vớiphanh đai, trưyền lực cuối cùng với bánh chủ động Trên giá xích ở phía trước làbánh xe chuyển hướng với cơ cấu căng xích Truyền động cuối cùng làm tăngmômen quay các bánh chủ động Ly hợp chuyển hướng là một khớp nối ma sátnhiều đĩa luôn đóng Nếu bộ ly hợp chuyển hướng của một bên được mở, bên kiaquay thì công suất động cơ sẽ được truyền cho bán trục của phía có ly hợp đóng.Bánh xích chủ động của bên ly hợp đóng sẽ quay Kết quả là máy kéo sẽ quayvòng về phía ly hợp mở

Thường tại mỗi bộ ly hợp chuyển hướng có trang bị hệ thống phanh đểhãm khi cần thiết Do đó nếu vừa mở ly hợp vừa phanh bán trục bên ly hợp mở

thì toàn bộ mômen quay sẽ truyền cho bán trục bên kia Kết quả là máy kéo cóthể quay vòng tại chỗ Khi đẩy núm của cần điều khiển về bên trái, đĩa ép bị kéo

về bên phải, các đĩa chủ động và bị động tách nhau ra, ly hợp được mở Trục bịđộng của ly hợp tách khỏi truyền lực chính Truyền lực cuối cùng và bánh xíchchủ động bên phía ly hợp mở không nhận được mômen quay nữa Trả cần điềukhiển về vị trí ban đầu, ly hợp được đóng Truyền lực chính và bánh xích chủđộng lại nhận được mômen quay

Ở bộ truyền cơ khí của máy kéo bánh lốp động cơ đặt ở phía trước rồi đến

ly hợp, trục các đăng, hộp số, truyền lực chính, ly hợp bên với phanh đai, truyềnlực bên làm quay các bánh lốp

Ở bộ truyền lực máy kéo xích, đầu kéo một trục và hai trục, sát xi chuyêndụng cho xe nâng hàng các khớp nối ma sát được thay bằng biến tốc thuỷ lực.Như vậy mối liên kết động học cứng giữa động cơ và các bánh chủ động đượcthay bằng mối liên kết chất lỏng Hệ truyền thuỷ lực này là hệ thống thuỷ cơ Khilực cản di chuyển lớn thì việc dùng biến tốc thuỷ lực sẽ làm tăng mômen quaycủa động cơ nhờ hệ số biến đổi lớn Quá trình làm việc của biến tốc thuỷ lựcchuyển sang chế độ làm việc với hiệu suất cao hơn hẳn Khi ấy quá trình sang sốđược thực hiện một cách tự động, tức là số cao chỉ được thực hiện khi trụ thứ đạtđược số vòng quay nhất định Lúc này động cơ làm việc ở công suất tối đa, cònviệc sang số được thực hiện liên tục mà không cần ngắt mômen quay Nhờ vậy

mà giảm tải trọng động lên động cơ, có nghĩa là làm tăng tuổi thọ của động cơ và

bộ truyền lực

Với máy kéo có bộ truyền lực điện thì mômen quay được truyền từ động

cơ điện một chiều tới bánh xích chủ động qua bộ ly hợp bên và bộ truyền lựccuối cùng Động cơ điện được cung cấp điện năng do máy phát điện dẫn động

bởi động cơ máy kéo Hệ thống dẫn động gồm động cơ diesel - máy phát - động

cơ điện làm cho sơ đồ động của hệ truyền lực đơn giản hơn (không có hộp số vàhộp các đăng), đặc biệt là cho phép thay đổi tốc độ và mômen quay một cách vôcấp tuỳ theo lực cản bên ngoài Các bộ truyền lực kiểu thuỷ - cơ và truyền độngđiện hoàn toàn đáp ứng chế độ làm việc của máy kéo có rơmooc và các cơ cấulàm việc của máy xây dựng

Bố trí hệ thống truyền lực trên máy kéo

Ở máy kéo, do người lái thường ngồi phía sau để quan sát sự làm việc củacác máy công tác đi theo máy kéo, nên khớp nối 2 thường được bố trí giữa lyhợp 1 và hộp số 3, bố trí như vậy sẽ giúp cho hộp số máy kéo được đặt ngay phíadưới buồng lái, nhờ đó cấu tạo cơ cấu điều khiển hộp số đơn giản và thuận tiệnkhi điều khiển Ngoài ra, vì máy kéo cần lực kéo lớn, nên trong hệ thống truyềnlực thường có truyền lực cuối cùng 6 để làm tăng tỷ số truyền chung cho hệthống truyền lực

Hình 1.12 Sơ đồ hệ thống truyền lực máy kéo xích

1 – Ly hợp; 2 – Khớp nối; 3 – Hộp số; 4 – Truyền lực chính;

5 – Dải xích; 6 – Bán trục; 7 – Bộ phận chuyển hướng;

8 – Truyền lực cuối cùng; 9 – Bánh sao chủ động;

5

6

7 8 9

Trên hình 1.12 trình bày sơ đồ bố trí hệ thống truyền lực của máy kéo xíchkiểu một dòng công suất, khác với truyền lực của máy kéo bánh, ở máy kéo xích,sau truyền lực trung tâm 4 là đến hai bộ phận chuyển hướng 7 của máy kéo xích,

từ trục bị động của bộ phận chuyển hướng, mômen được truyền đến truyền lựccuối cùng 8 rồi đến bánh sao chủ động 9, bánh sao chủ động ăn khớp với mắtxích của dải xích và đẩy cho máy kéo dịch chuyển trên đường ray vô tận do dảixích tạo nên Hiện nay trên một số máy kéo xích có công suất lớn dùng trongcông nghiệp và các xe chuyên dụng, hệ thống truyền lực của chúng thường dùngkiểu hai dòng công suất truyền từ động cơ đến hai bánh sao chủ động của hai dảixích riêng biệt Với hệ thống truyền lực như vậy, sẽ làm cho truyền lực chínhcũng như các chi tiết trong hộp số có kích thước nhỏ gọn hơn vì chịu tải trọngthấp hơn Điểm đặc biệt ở hệ thống truyền lực hai dòng công suất là trong hộp sốcủa máy kéo có hai trục thứ cấp, mỗi trục thứ cấp truyền mômen cho mộttruyền lực chính riêng ở cầu chủ động và cho một bánh sao chủ động của mộtbên dải xích

1.4.2 Hệ thống di động xích

Hệ thống di động xích gồm có hai dải xích khép kín, hai bánh hướng dẫnxích và căng xích 1 và hai bánh sao chủ động 6, ngoài ra trong hệ thống di độngxích còn có một loạt các bộ phận phụ trợ khác đó là các bánh đè xích 9, các bánh

đỡ xích 5 cơ cấu căng xích và giảm chấn 4, ở một vài loại bộ phận di động xíchkhi sử dụng bánh đè xích có đường kính lớn (như máy kéo TT - 4) khi đó khôngcần sử dụng các bánh đỡ xích

Xích gồm các mắt xích bằng kim loại liên kết khớp với nhau nhờ chốt xíchhoặc xích cao su có lõi thép mềm tạo thành một vòng khép kín Phần lớn máykéo xích có xích bằng mắt xích kim loại, loại này có ưu điểm có độ bền cao, cholực kéo tiếp tuyến lớn, thường sử dụng cho các máy kéo làm việc với lực kéo lớn

ở móc hay ở ben đẩy

Xích cao su là băng bằng dải cao su có lõi thép thường sử dụng trên cácmáy kéo nông nghiệp công suất nhỏ và trung bình đặc biệt các máy kéo dùngcho việc chăm sóc cây trồng, thu hoạch hoặc không cần lực kéo lớn

Khoảng cách giữa tâm của hai chốt xích gọi là bước của xích ký hiệu là

t x

Bánh sao chủ động dùng để truyền mômen quay từ động cơ truyền đếnqua hệ thống truyền lực đến xích, việc ăn khớp giữa bánh sao chủ động với xích

có thể nhờ ăn khớp vấu, ăn khớp răng hoặc nhờ ma sát

Hiện nay, trong máy kéo xích nông nghiệp chủ yếu sử dụng loại bánh chủđộng hình sao ăn khớp với xích theo kiểu ăn khớp răng

Cơ cấu di dộng

Cơ cấu di động đảm bảo chuyển động của máy kéo và giữ ổn định chokhung máy kéo Cơ cấu di động do các bộ phận sau đây hợp thành:

Cơ cấu treo

Cơ cấu treo có nhiệm vụ nối khung với cơ cấu di động, đảm bảo chuyểnđộng êm dịu, không gây va đập bất thường khi máy kéo di động Tùy theo kếtcấu của từng loại máy kéo mà số lượng chi tiết của cơ cấu treo nối khung vớibánh đè xích có thể khác nhau

Bánh sao chủ động

Bánh sao chủ động có nhiệm vụ nhận chuyển động quay từ bộ phận truyềnlực cuối cùng, nhờ ăn khớp với dải xích biến thành lực kéo, đẩy khung máy lăntrên đường ray vô tận do dải xích tạo nên làm toàn bộ máy kéo chuyển động tịnhtiến.

Bánh bị động hay còn gọi là bánh hướng dẫn và căng xích

Phụ thuộc vào việc bố trí bánh sao chủ động, nó có thể bố trí ở phía trướchay phía sau Thiết bị căng xích dùng để điểu chỉnh lực căng ban đầu của xích

cũng như độ võng tự do h của dải xích khi làm việc, tăng lực căng ban đầu dẫn

đến tăng mất mát do ma sát trong hệ thống di động xích, còn giảm lực căng ban

đầu dẫn đến làm tăng độ võng tự do h làm tăng rung động nhánh xích không tải

dẫn đến dễ làm tụt xích

Bộ phận giảm chấn

Hình 1.13 Hệ thống di động xích1- Bánh hướng dẫn và căng xích; 2- Các mắt xích đang ăn khớp;

3- Các mắt xích ở nhánh không làm việc; 4- Bộ phận căng xích;

Bộ phận giảm chấn dùng để làm giảm tải trọng động tác dụng lên bộ phận

di động xích khi máy kéo di động trên địa bàn không bằng phẳng hoặc bộ phận

di động xích gặp phải các vật cản đột ngột như gạch đá v.v…

Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG

VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Mục tiêu nghiên cứu

- Xác định một số thông số tối ưu liên quan đến chế độ làm việc của liên hợpmáy.

2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

2.2.1 Đối tượng nghiên cứu

- Đối tượng vật nuôi: Con nghêu

- Thiết bị cơ giới hóa: Mô hình liên hợp máy thu hoạch nghêu làm việc trongđiều kiện chuyển động ổn định, với các yếu tố đầu vào là kết cấu, thông số kỹthuật và điều kiện làm việc, đầu ra là năng suất, chất lượng công việc và chi phínhiên liệu

2.2.2 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu cải tiến máy thu hoạch nghêu liên hợp với máy kéo xích dùngthu hoạch nghêu trên các bãi nuôi nghêu tập trung

2.3.Nội dung nghiên cứu

- Mô hình tổng quát LHM thu hoạch nghêu

- Tính toán thông số, lựa chọn các phần tử của mô hình

- Phần tử động cơ

- Phần tử hệ thống truyền lực

- Phần tử hệ thống di động

- Phần tử máy công tác

- Các yếu tố ảnh hưởng đến tính năng Kinh tế - Kỹ thuật của LHM

- Yếu tố điều kiện sử dụng (Bao gồm tính chất đất, kích thước bãi nuôi,phương pháp di chuyển…)

- Yếu tố kết cấu (Bao gồm vận tốc LHM, bề rộng bộ phận làm việc)

- Thực nghiệm theo kế hoạch;

- Xử lý số liệu xác định mô hình;

- Phân tích mô hình: Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của các thông sốnghiên cứu đến mục tiêu nghiên cứu.

- Xác định các thông số tối ưu hóa

2.4 Phương pháp nghiên cứu

Kết hợp nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm

Phần nghiên cứu lý thuyết:

Tập trung xây dựng mô hình LHM thu hoạch nghêu, khảo sát xây dựngmối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hưởng (các thông số kỹ thuật và điều kiện làmviệc) và các chỉ tiêu thể hiện tính năng kinh tế - kỹ thuật của liên hợp máy thuhoạch nghêu (năng suất, chi phí nhiên liệu riêng và chi phí năng lượng riêng),xác định các thông số sử dụng và kết cấu hợp lý cho LHM

Nghiên cứu thực nghiệm:

- Xác định năng suất LHM: đo vận tốc, thời gian làm việc, quay vòng

- Xác định chi phí nhiên liệu: đo chi phí nhiên liệu giờ

2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng LHM thu hoạch nghêu

2.5.1 Động học máy kéo xích

Hệ thống di động máy kéo bánh xích có kết cấu khá đặc biệt, bao gồm:bánh sao chủ động (hay gọi tắt là bánh chủ động), dải xích, bánh dẫn hướng(bánh căng xích), các bánh đè xích và các bánh đỡ xích Bộ phận này có nhiệm

vụ đảm bảo cho máy kéo có thể di chuyển tốt trong các điều kiện không thuậnlợi, tuy nhiên do có hiệu suất truyền động không cao dẫn đến chi phí năng lượnglớn, có ảnh hưởng đến thông số động học của LHM như tốc độ di chuyển, độtrượt…vv

Dải xích của hệ thống di động máy kéo được coi như một dây dai mềmđược truyền động từ hai puly và có các bánh căng đai là các bánh đè xích, không

có độ võng ở nhánh đai phụ động (nhánh trên), khi đó máy kéo xích chuyểnđộng thẳng (Hình 2.1).

Điểm A trên dải xích tham gia vào hai chuyển động:

- Chuyển động quay tương đối so thân máy kéo với vận tốc v , khi đó tâm0

hình học của bánh chủ động, các bánh hướng dẫn, bánh đè xích, đỡ xích v.v…được coi như cố định

- Chuyển động tịnh tiến theo thân máy kéo với tốc độ theov , khi đó tất cả t

các điểm trên vành bánh chủ động (hay bị động) đều vẽ lên các quỹ đạo giốngnhau

Tốc độ tuyệt đối của điểm A là tổng véc tơ của hai véc tơ vận tốc trên,nghĩa là:

C B

Trong trường hợp tốc độ theo bằng với tốc độ tương đối v 0 = v t = v m (khi

không có trượt lết và trượt quay), khi đó:

2 cos

Đối với điểm B trên nhánh xích phía trên khi đó góc ϕ = 0 do đó v B =2v m.

Tốc độ tuyệt đối của điểm B bằng hai lần vận tốc của máy

Đối với điểm C trên nhánh tiếp đất, tại đây ϕ = 0 vì vậy v C = 0 Tất cả các

điểm nằm trên nhánh xích tiếp xúc với đất có vận tốc tuyệt đối bằng 0

Khi vận tốc tương đối v 0 và vận tốc theo v t khác nhau, khi đó vận tốc củacác điểm nằm trên nhánh xích tiếp xúc với đất VC có thể có hai khả năng:

- Nếu v t < v 0, Bộ phận di động bị trượt quay, điểm C khi đó bị ép về phíasau, ngược với hướng chuyển động của máy, khi vận tốc theo bằng 0, khi đó bộphận di động xích bị trượt hoàn toàn, máy kéo dừng tại chỗ và nhánh xích quaytheo vận tốc tương đối V0.

- Nếu v t > v 0, trường hợp này thường xẩy ra khi máy kéo chuyển độngtheo quán tính, khi máy chuyển động xuống dốc hay phanh, tốc độ tuyệt đối củađiểm C khi đó có chiều hướng theo chiều chuyển động của máy, các phần tử đất

bị ép nén về phía chiều chuyển động của máy, hiện tượng này gọi sự trượt lết củaxích

Quỹ đạo chuyển động của một điểm 0 trên bánh đè xích cuối cùng nhưhình 2.1 Từ các phương trình biểu diễn vận tốc tương đối và vận tốc theo thấyrằng, sau một khoảng thời gian một điểm nằm ở vị trí 0 sẽ dịch chuyển theo cungđến vị trí 1, điểm này sẽ dịch chuyển theo thân máy đến vị trí 1’, rõ dàng chiềudài cung 01 bằng chiều dài 11’, tương tự như vậy từ điểm 2 bất kỳ ta lấy theochiều nằm ngang một đoạn có chiều dài 22’=01+12, ta nhận được điểm 2’, là

quỹ đạo chuyển động của điểm 2, tương tự như vậy cho điểm 3 Bằng cách phântích tương tự, ta thấy trên cung 01 các điểm ở đây chuyển động theo dạngcycloid, trên đoạn 13 các điểm của xích chuyển động theo quỹ đạo thẳng, sau đólại tiếp tục chuyển động theo cycloid trên cung của bánh sao chủ động Bằngcách phân tích quỹ đạo chuyển động của các điểm trên các cung và trên nhánh

13 của dải xích, ta vẽ được quỹ đạo chuyển động của toàn bộ dải xích như trìnhbày trên hình 2.2

Nếu có trượt quay thì quỹ đạo của các điểm trên dải xích có thể có sự thayđổi như trên hình 2.3b, các điểm tiếp xúc với mặt đất bị dịch chuyển về phía sautheo chiều tiến chính vì vậy nó làm cho thay đổi quỹ đạo cycloid của các điểmnằm trên cung của bánh đè xích và trên bánh chủ động làm hành trình của cungcycloid giảm xuống

Hình 2.2 Quỹ đạo chuyển động của

điểm trên bánh đè xích cuối cùng

c) b) a)

Khi trượt lết, hình ảnh sẽ ngược lại như hình 2.3c, do đất bị ép trượt vềhướng chuyển động của máy, các điểm trên cung tiếp xúc của bánh đè xích vàbánh chủ động có vận tốc theo lớn hơn vận tốc tương đối, lúc này các cungcycloid của các điểm trên xích trên hai cung này sẽ bị dãn dài ra.

Khi tốc độ tuyệt đối của các điểm trên dải xích biến đổi, sẽ xuất hiện giatốc tuyệt đối Gia tốc của các điểm trên dải xích xuất hiện bởi đặc thù làm việccủa bộ phận di động xích Gia tốc tuyệt đối cũng được tính bởi tổng hình học của

gia tốc tương đối theo các trục AX và AY Giả sử vận tốc tương đối và vận tốc theo là bằng nhau Đạo hàm vận tốc v AX , v AY theo thời gian ta có:

Vì rằng góc quay ϕ (Hình 2.12) sau khoản thời gian chính là cung mà

điểm A dịch chuyển được với vận tốc góc ω, do đó ta có:

0

v d

Ở đây r là bán kính bánh sao chủ động, thay các biểu thức này vào công thức tính J A ta có:

2 0

A

v j r

trên nhánh xích thẳng vì bán kính r= ∞do đó J=0 Như vậy các điểm tiếp nối

giữa nhánh thẳng và nhánh trên các cung của các bánh đè, căng xích và bánh chủđộng (ví dụ điểm 3 hình 2.2) khi đó chúng có giá trị gia tốc từ 0 chuyển đến mộtgiá trị thực nào đó, hiện tượng này làm cho bộ phận di động xích có tính chất vađập mềm khi các điểm đi vào phần cung của các bánh đè, bánh chủ động và bánhcăng xích

Đặc trưng về động học của bộ phận di động xích dùng xích kim loại Do

mắt xích có bước t x, ta coi các mắt xích là tuyệt đối cứng khi đó các bánh đè xích

ở phía trước và các bánh đè xích ở phía sau khi lăn trên dải xích tiếp xúc với đất

sẽ có các thời điểm chuyển từ cuối mắt xích này sang đầu mắt xích tiếp theo hình2.4 và hình 2.5

Hình 2.4 Quá trình một mắt xích khi đi vào bánh đè xích

t

X

1 2

1 2

1

V

ω K

Ta có thể thiết lập quan hệ giữa tốc độ góc của nhánh xích chịu lực căng

phía sau và tốc độ tịnh tiến của máy v Để thực hiện việc đó ta lập quỹ đạo

chuyển động của một điểm của đoạn xích này trên trục OX trong hệ trục tọa độ

OXY mà trục OY đi qua tâm bánh đè xích phía sau như hình 2.5:

Tốc độ chuyển động của bánh đè xích phía sau (hay tốc độ chuyển động

của khung máy kéo) chính là đạo hàm của x theo thời gian:

( cos )sin cos

( cos ) ( cos )sin cos

( cos )

k

k k

k

k k k

ω = chính là tốc độ góc của bánh sao chủ động; γ - góc lệch

giữa nhánh xích chủ động phía sau so với mặt đường

Nếu biểu diễn hàm:

( cos )sin ( ) cos

( cos )

k

k k

Vì f( ϕ) là hàm góc xoay của nhánh xích chủ động sau, và rõ ràng trị số

của nó là hàm biến đổi theo thời gian, giá trị của vận tốc v thay đổi từ giá trị cực tiểu vmin đến một giá trị trị cực đại v max nào đó Tính chất thay đổi theo chu kỳ này

của vận tốc khung máy kéo diễn ra theo chu kỳ T được xác định bởi chiều dài của bước xích t x : T = t x /v.

Nếu biểu diễn ax

min

( )( )

m

r

f f

ϕ = , khi đó ξr- chính là hàm chuyển động không

đều của khung máy kéo Đối với một số máy kéo xích thông dụng, ví dụ máykéo xích DT75, T150, khi thay các số liệu về kết cấu của dải xích vào công thức

tính được ( ) 0,29 3

( ) 0,096

Max r

Min

f f

ϕ ξ

ϕ

= = ≈ , như vậy nếu kết cấu của các bánh đè xích, căng

xích, nền đất v.v… là tuyệt đối cứng thì khi tốc độ góc của bánh sao chủ động làkhông đổi thì tốc độ tịnh tiến của khung máy kéo có lúc giảm xuống tới 3 lần sovới vận tốc cực đại Về mặt lý thuyết đây là một đặc trưng của máy kéo xích khidải xích là xích kim loại

Thực tế, sự sai lệch vận tốc này không lớn như vậy do các bánh đè xích,bánh căng xích thậm trí độ cứng của hệ thống dẫn động cũng như mặt đường bịbiến dạng lớn cũng như lực quán tính của máy kéo khá lớn Vì vậy sai lệch tốc

độ thực tế có diễn ra song tương đối nhỏ nên cảm giác của người lái là khôngnhận thấy được