Nghiên cứu dao động của máy thu hoạch nghêu

Xây dựng mô hình tồng quát của LHM thu hoạch nghêu. Xây dựng mô hình nghiên cứu dao động của máy và các phần tử trong mô hình dao động. Khảo sát chuyển vị điểm treo trước và sau của khung máy; góc lắc dọc và chuyển vị trọng tâm của máy khi chịu kích thích:+ Dạng hàm ngẫu nhiên.+ Dạng hàm điều hòa.+ Dạng hàm bậc. Khảo sát sự phân bố lại trọng lượng đến dao động máy.

cho 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 rõ quaquyết định phê duyệt quy hoạch phát triển nuôi nhuyễn thể hàng hóa tập trungđến năm 2020 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn; trong đó có quyhoạch vùng nuôi nghêu, sò đến năm 2015 và năm 2020 cho các tỉnh đồng bằngsông Cửu Long (ĐBSCL) như: Cà Mau, Bạc Liêu, Tiền Giang, Sóc Trăng, KiênGiang, Bến Tre và Trà Vinh, với tổng diện tích đến năm 2015 là 28.110 ha vànăm 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

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 về giá trị thương phẩm cho tiêu dùng trong nước và xuất khẩu

Để có thể tạo ra một liên hợp máy thu hoạch nghêu với đầy đủ các tính năngkinh tế - kỹ thuật - công nghệ hoàn chỉnh, đáp ứng tốt các yêu cầu công việc, cầnphải thực hiện đầy đủ nhiều công đoạn từ điều tra phân tích tổng hợp dữ liệu,tính toán thiết kế đến chế tạo thử nghiệm hoàn thiện máy, liên quan đến đốitượng tác động (con nghêu), điều kiện làm việc (nền đất), nguồn động lực (máykéo) và bộ phận công tác (máy thu hoạch)

Trong khuôn khổ hợp tác nghiên cứu khoa học phục vụ sản xuất giữa TrườngĐại Học Nông nghiệp Hà Nội và Trường Trung cấp nghề cơ điện Đông Nam BộĐồng Nai có đề tài nghiên cứu thiết kế, chế tạo liên hợp máy thu hoạch nghêu.Một số nội dung chính của đề tài gồm: Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy thuhoạch nghêu, nghiên cứu khả năng di động của LHM thu hoạch nghêu khi làmviệc trên nền đất yếu (đất bồi ven biển) và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đếntính năng kinh tế - kỹ thuật của liên hợp máy thu hoạch nghêu Các nội dungnghiên cứu trên là các cơ sở khoa học cần thiết phục vụ cho thiết kế chế tạoLHM

Trên cơ sở thực hiện một phần công việc nằm trong đề án thiết kế chế tạo Liênhợp máy thu hoạch nghêu cho các vùng nuôi nghêu ven biển phía Nam ViệtNam, trong phạm vi giới hạn và yêu cầu của một luận văn Thạc sỹ kỹ thuật cơ

khí, tác giả đề xuất đề tài: “Nghiên cứu dao động của máy thu hoạch nghêu”

các yêu cầu kỹ thuật (năng suất, chất lượng)

Nội dung nghiên cứu đề tài:

- Xây dựng mô hình tồng quát của LHM thu hoạch nghêu

- Xây dựng mô hình nghiên cứu dao động của máy và các phần tử trong môhình dao động

- Khảo sát chuyển vị điểm treo trước và sau của khung máy; góc lắc dọc vàchuyển vị trọng tâm của máy khi chịu kích thích:

+ Dạng hàm ngẫu nhiên

+ Dạng hàm điều hòa

+ Dạng hàm bậc

- Khảo sát sự phân bố lại trọng lượng đến dao động máy

Tính mới của đề tài:

Máy thu hoạch nghêu được nghiên cứu với tính năng mới là làm giảm cường

độ lao động của con người, giảm chi phí trong khâu thu hoạch nghêu và lượngcông nhân thực hiện thu hoạch nghêu nhưng vẫn đảm bảo được chất lượng củacon nghêu khi thu hoạch cũng như tăng năng suất lao động

Tính khoa học của đề tài:

Đề tài phát triển các vấn đề khoa học mới cả về lý luận và thực tiễn trongviệc cơ giới hóa khâu thu hoạch Nghêu.

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:

Đề tài góp phần cơ giới hóa khâu thu hoạch nghêu theo hướng nâng caohiệu quả kinh tế, kỹ thuật, đảm bảo tính thời vụ trong khâu thu hoạch nghêu,giảm chi phí trong khâu thu hoạch nhưng vẫn đảm bảo chất lượng của con nghêusau thu hoạc

phía Nam Việt Nam

1.1.1 Đặc điểm tự nhiên

1.1.1.1 Đặc điểm địa hình

Nam Bộ có địa hình tương đối thấp và bằng phẳng, địa hình bao gồm phầnđất bằng xen kẽ những vùng trũng và các giồng cát Địa hình của các tỉnh hầunhư có dạng thoải, dốc thấp dần vào phía trong, từ biển Đông thấp dần vào đấtliền với những giồng đất ven sông, biển

Dựa vào địa hình của khu vực này có thể chia thành 3 vùng như sau:

- Vùng địa hình thấp, vùng trũng: Thường bị ngập dài vào mùa mưa

- Vùng địa hình cao ven sông và ven biển, cao từ 1,2 – 2 m, là những giồngcát cao đến 2m

- Vùng địa hình trung bình: Gồm có các khu vực thuộc thành phố và một sốkhu vực thuộc các huyện

Với địa hình thấp, bị phân cắt nhiều bởi hệ thống các sông rạch và kênhmương thủy lợi, lại tiếp giáp với biển cho nên dễ bị nước biển xâm nhập (nhiễmmặn), nhất là vào mùa khô

1.1.1.2 Đặc điểm địa chất, thổ nhưỡng

a) Địa chất

Địa chất ở phía Nam Việt Nam nói chung được hình thành bởi các loạitrầm tích nằm trên nền đá gốc Mezoic xuất hiện từ độ sâu gần mặt đất ở phía Bắc

đồng bằng cho đến độ sâu khoảng 1.000 m ở gần bờ biển Các dạng trầm tích cóthể chia thành những tầng chính sau:

- Tầng Holocene: Nằm trên mặt, thuộc loại trầm tích trẻ, bao gồm sét

và cát Thành phần hạt từ mịn tới trung bình

- Tầng Pleistocene: Có chứa cát sỏi lẫn sét, bùn với trầm tích biển

- Tầng Pliocene: Có chứa sét lẫn cát hạt trung bình

- Tầng Miocene: Có chứa sét và cát hạt trung bình

mưa tại chỗ, nước biển và nước thượng nguồn sông ở các con sông đổ về Dòngchảy ở các cửa sông khá mạnh vào mùa mưa, ảnh hưởng ra xa quá 4 hải lý Dòngtổng hợp ven bờ khoảng 1m/s Dòng hải lý theo mùa và dòng chảy theo hướngTây – Nam là chủ yếu trong mùa khô và theo hướng Đông – Bắc trong mùa mưa.

Do ảnh hưởng bởi dòng thủy triều và hải triều nên nước trên sông trongnăm có thời gian bị nhiễm mặn vào mùa khô, vào mùa mưa nước sông được ngọthóa, có thể sử dụng cho tưới nông nghiệp Phần sông rạch giáp biển bị nhiễmmặn quanh năm, do đó không thể phục vụ tưới cho nông nghiệp, nhưng bù lạinguồn nước mặn, nước lợ ở đây lại tạo thuận lợi trong việc nuôi trồng thủy sảnnói chung và đặc biệt là nuôi Nghêu nói riêng

1.1.1.4 Đặc trưng khí hậu

Khí hậu ở khu vực phía Nam Việt Nam có đặc điểm khí hậu nhiệt đới giómùa cận xích đạo và chia làm hai mùa rõ rệt Mùa mưa bắt đầu từ tháng 5 đếntháng 11 Mùa khô bắt đầu từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau

a) Nắng

Tổng lượng bức xạ trung bình trong năm tương đối cao, đạt 140 – 150kcal/cm2 Tổng giờ nắng bình quân trong năm 2.292,7 giờ (khoảng 6,28giờ/ngày), cao nhất thường vào tháng 3 là 282,3 giờ, thấp nhất thường vào tháng

9 là 141,5 giờ

d) Các yếu tố khác

Đồng bằng sông Cửu Long nằm trong khu vực rất ít gặp bão Những nămgần đây, lốc thường xảy ra ở một số tỉnh như Sóc Trăng, Cà Mau, Bạc Liêu Lốc tuy nhỏ nhưng cũng gây ảnh hưởng đến sản xuất và đời sống của nhân dân

1.1.1.5 Đặc điểm sinh sống và phát triển

Nghêu thích sống ở bãi triều trên vùng biển cạn Chất đáy nơi nghêu phân

bố là cát pha bùn, tỷ lệ cát thích hợp là 60 - 70%

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 Đây là loài sinh sảnquanh năm, nhưng tập trung vào tháng 1 - 2 và tháng 7-8 Tỷ lệ đực cái trung

100 kg nghêu to cỡ 49–50 mm (19-21 con/kg) thì chỉ thu được 6,7-7,3 kg thịt.

1.1.2 Tình hình phát triển chăn nuôi Nghêu khu vực phía Nam Việt Nam

Theo Quy hoạch phát triển nuôi nhuyễn thể hàng hóa tập trung đến năm

2020 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, đến năm 2015 diện tích nuôinghêu, sò của các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long là 28.110 ha và năm 2020 pháttriển lên 35.690 ha

Cụ thể, đến năm 2015 diện tích nuôi nghêu là 15.950 ha, sản lượng 142.700tấn, kim ngạch xuất khẩu đạt 114,16 triệu USD; diện tích nuôi sò 12.160 ha, sảnlượng 63.320 tấn, kim ngạch xuất khẩu 73,95 triệu USD Đến năm 2020, diệntích nuôi nghêu 20.590 ha, sản lượng 206.300 tấn, kim ngạch xuất khẩu đạt198,03 triệu USD; diện tích nuôi sò 15.100 ha, sản lượng 102.688 tấn, kim ngạchxuất khẩu 154,02 triệu USD

Để đạt các mục tiêu trên, nhiều chương trình, dự án sẽ được Bộ Nôngnghiệp và Phát triển nông thôn ưu tiên đầu tư, cụ thể như: vùng nuôi nghêu, sòtập trung các huyện Châu Thành, Cầu Ngang và Duyên Hải (Trà Vinh); các vùngnuôi tập trung huyện Gò Công Đông, Tân Phú Đông (Tiền Giang); các vùngnuôi tập trung huyện Ba Tri, Bình Đại (Bến Tre); các vùng nuôi tập trung huyệnVĩnh Châu, Long Phú, Cù Lao Dung (Sóc Trăng), Đồng thời đầu tư phát triển hạtầng vùng sản xuất giống nhuyễn thể tập trung ở tỉnh Bến Tre và Khu sản xuấtnhuyễn thể tập trung Kiên Lương (Kiên Giang)

1.2 Thu hoạch nghêu và nhu cầu cơ giới hóa khâu thu hoạch

Một trong những công việc tốn nhiều sức lao động nhất trong quá trình nuôiNgao (Nghêu) là khâu thu hoạch

Nên thu hoạch nghêu lúc đạt kích cỡ vừa, sau 8-10 tháng nuôi Chọn thuhoạch vào lúc cuối mùa mưa, là lúc nghêu mập, nặng ký, ngon Tiến hành thuhoạch vào lúc triều rút, lúc chúng đã được ăn no và thải ra các thức ăn thừa thãi,chỉ giữ lại nước nên thịt nghêu sẽ rất sạch (ngược lại, lúc triều lên, nghêu thườngngậm cát, bùn)

Điều kiện thực hiện thu hoạch và các phương pháp thực hiện thu hoạchNghêu tại các vùng nuôi Nghêu ở nước ta là phương pháp thu hoạch thủ côngđang thịnh hành

Việc thu hoạch Nghêu được thực hiện khi nước thủy triều xuống

Hình 1.1 Khu vực nuôi Nghêu khi nước thủy triều xuống

Hình 1.2 Khu vực nuôi Nghêu khi nước thủy triều lên.

Khi nước thủy triều xuống, việc thu hoạch nghêu được thực hiện thủ công theo phương pháp cào và nhặt bằng tay

không đảm bảo do bị ngậm cát vì khi thu hoạch, vòi phun với áp suất cao làm cátlọt vào trong miệng của nghêu nên khi ăn nghêu sẽ lẫn cát

Hình 1.4 Thu hoạch Nghêu bằng máy phun nước với áp lực cao

Nhu cầu cơ giới hóa khâu thu hoạch nghêu chỉ mới xuất hiện khi hình thànhcác vùng chăn nuôi nghêu tập trung, con nghêu trở thành hàng hóa cho tiêu dùngtrong nước và xuất khẩu với yêu cầu ngày càng tăng về năng suất và chất lượng.Hiện tại chưa có máy thu hoạch nghêu để đáp ứng yêu cầu của sản xuất nêncác nghiên cứu có liên quan đến liên hợp máy thu hoạch nghêu là cần thiết và có

ý nghĩa thực tiễn nhằm tạo ra một hệ thống máy phù hợp, đáp ứng được các yêucầu sản xuất khâu thu hoạch nghêu

1.3 Đặc điểm, tính chất cơ lý của đất vùng nuôi nghêu

1.3.1 Tính liên kết của đất

Tính liên kết của đất là sự dính kết giữa các phần tử đất với nhau nhữngloại đất có tính liên kết lớn thường tạo thành trong đất những kiểu kết cấu tảngcục lớn

Ðơn vị đo tính liên kết của đất được xác định bằng lực ấn vào đất

Những yếu tố ảnh hưởng đến tính liên kết của đất là: thành phần cơ giới, độ

ẩm đất, cấu trúc của đất, hàm lượng mùn và thành phần cation hấp phụ trong đất.Ðất có thành phần cơ giới nặng do chứa nhiều sét nên tính liên kết củachúng rất lớn, ngược lại đất có thành phần cơ giới nhẹ như đất cát, do có tỷ lệcác hạt cát cao nên có tính liên kết kém Ðộ ẩm đất chi phối đến khả năng liênkết của đất, ở những loại đất có tính liên kết lớn như đất sét nếu đất càng khô thìtính liên kết của đất thể hiện càng mạnh Hàm lượng mùn cao trong đất có tácđộng dung hòa rất tốt đến tính liên kết của một số loại đất có kết cấu kém hoặckhông có kết cấu như đất cát và đất sét nặng Ngoài ra thành phần cation hấp phụtrong đất cũng là yếu tố ảnh hưởng đến tính liên kết của đất, ví dụ: Ðất mặn dohấp phụ nhiều cation Na+ đã tạo cho đất sức liên kết lớn khi khô do đó đã làm

các hạt đất không lớn, do đó rất dễ cày, bừa và xới xáo Ngược lại ở những đấtloại đất sét có kết cấu tảng lớn thì việc làm đất rất khó khăn, đặc biệt là khi đất bịkhô vừa phải cày bừa và vừa phải đập cho đất vỡ vụn ra.

1.3.2 Tính dính của đất

Tính dính của đất là khả năng kết dính của đất với những vật tiếp xúc với chúng.Tính dính của đất thường làm tăng lực cản đối với các công cụ làm đất như cày bừa,những máy móc và công cụ phay, đập đất Do vậy, đất có tính dính càng cao thìviệc làm đất càng khó khăn và càng đòi hỏi phải tiêu tốn nhiều năng lượng choviệc làm đất

Giống như tính liên kết của đất, tính dính phụ thuộc thành phần các cấp hạttrong đất, kết cấu và độ ẩm đất Những loại đất có tỷ lệ các cấp hạt sét cao vớicác thành phần khoáng sét càng cao thì tính dính của chúng càng lớn Ngược lạivới tỷ lệ sét, khi đất có hàm lượng mùn càng lớn thì càng làm giảm tính dính củađất Hầu hết đất bắt đầu có tính dính cao khi độ ẩm trong đất đạt 60 - 80% độ trữ

ẩm cực đại

Ðộ dính được đo bằng lực cần thiết để làm dứt rời, tách phần tiếp xúc củađất ra khỏi đĩa, chúng được xác định bằng công thức sau:

r = P / STrong đó: r - độ dính (G/cm2);

P - lực hao tổn để làm rơi phần đất tiếp xúc với đĩa (G);

S - diện tích của đĩa kim loại (cm2)

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 suấtcực đại, sau đó dù có tăng lực nén ứng suất không tăng nữa Do đó ứng suất

Sự biến dạng của đất theo phương pháp tuyến liên quan đến độ lún sâucủa vết dải xích và do đó ảnh hưởng đến lực cản lăn của máy 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 thu hoạch nghêu.

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

1.3.4 Khả năng chống cắt của đất

Các yếu tố cơ bản để tạo ra lực chống cắt của đất là các thành phần lực liênkết phần tử và lực liên kết do sức căng của bề mặt và lực nội ma sát trong đất

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 tăng dần tới giá trị cực đại τmax 2 rồi xảy ra hiện tượng trượthoàn toàn, nghĩa là giá trị tới hạn bằng giá trị cực đại τδ 2= τmax 2 (đường 2).Khả năng chống cắt của đất được đặc trưng bởi ứng suất tới hạn của nó Giátrị ứng suất tới hạn τδ phụ thuộc vào loại đất và ứng suất pháp tuyến τ

Trên hình 1.7a 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 cànglớn Quan hệ giữa ứng suất cắt τδ và ứng suất pháp σ là tuyến tính, thể hiện trên

hình 1.7b và được biểu diễn bởi công thức:

max 1

δτ

m ax1

δ0

τmax1

0τ

m ax1

Đối với đất dính, quan hệ giữa ứng suất giới hạn và ứng suất pháp có dạng

như hình 1.7c và mối quan hệ đó được thể hiện bằng công thức:

0 tg

δ

τ = +τ σ ϕ, (1 – 5)Trong đó: τ0- Ứng suất cắt do lực dính gây ra

Trong thực tế, điều kiện làm việc của máy kéo thường chuyển động trên cácloại đất tự nhiên Quá trình tương tác giữa hệ thống di động xích (xích hoặc bánhxe) 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 1.8 Quá trình cắt đất có thể mô hình hóa như hình 1.9.

c)

Hình 1.7 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

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 :

vào tải trọng pháp tuyến N

T

N

τ

ma x1

Chia lực T0 và N cho diện tích tiếp xúc A ta nhận được :

0 0

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:

N

τ

Qua công thức (1 – 7) ta thấy hệ số ma sát nghỉ phụ thuộc vào áp suất p (với

sự tăng p làm giảm f n) Đôi khi người ta còn gọi hệ số ma sát nghỉ là hệ số ma sát

nằm ngoài nhằm phân biệt ma sát trong f = tgϕ (trong đó ϕ là góc ma sát

trong)

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 1.10.

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 đường cong cắt đất.

Để mô tả đường cong cắt đất, M.G Becker [*] đề xuất áp dụng dao độngđiều hòa có dạng:

max 1

∆

τ

m ax1

τ0

τmax

1

0τ

m ax1

τ c = τ 0 + σf δ

= τ max1

Hình 1.12 Sự phụ thuộc ứng suất cắt giới hạn τ δ và ứng suất pháp σ

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

∆ - 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 trình cắtđất có thể chia thành 2 giai đoạn (2 pha): Trong giai đoạn đầu ứng suất và biến

1.3.5 Sức cản của đất

Khi chuẩn bị đất canh tác cần phải tiến hành cày, bừa, phay đất cho tơi nhỏnhằm tạo ra kết cấu đất thích hợp cho cây trồng Ðể làm được các công việc trên,các công cụ làm đất phải tạo ra được những lực cần thiết để thắng sức cản củađất và lực này được đặc trưng bởi lực cản riêng của đất Lực cản riêng của đất làlực cần để cắt mảnh đất có tiết diện ngang là 1cm2 và được biểu thị là kg/cm2.Việc nghiên cứu sức cản của đất để nhằm mục đích giảm chi phí và nângcao chất lượng làm đất Sức cản (P) có thể đo bằng lực kế lắp sau máy kéo

biện pháp canh tác bón vôi và đặc biệt là phân hữu cơ cho đất có tác dụng làmgiảm lực cản của đất một cách rõ rệt.

Việc nghiên cứu lực cản có ý nghĩa rất lớn đối với các phương án thiết kế vàvận hành máy vì dựa trên những số liệu đo lực cản có thể nhận định về mức độ tácđộng giữa đất và bộ phận làm việc dễ hay khó, thành phần cơ giới đất và đặc tínhsinh trưởng của đối tượng tác động Ðặc biệt trong việc liên quan đến LHM thuhoạch nghêu, người ta thường dùng trị số về lực cản để lựa chọn các máy móc,công cụ làm việc cho phù hợp

Như vậy, trong thiết kế và sử dụng LHM thu hoạch nghêu, các yếu tố liênquan đến tính chất cơ lý của đất như độ chặt, sức cản, độ lún là các thông số quantrọng cần được xác định cho các mô hình tính toán lý thuyết và thực nghiệm.Trong thực tế, các thông số trên được xác định từ đo đạc thực nghiệm

1.4 Yêu cầu kỹ thuật của việc thu hoạch nghêu

Thu hoạch nghêu là công việc tách nghêu đạt tiêu chuẩn thu hoạch ra khỏimôi trường sống trong đất, đảm bảo không nứt vỡ vỏ hoặc tổn thương bên trong,lượng cát bám dính bên ngoài vỏ ít Quá trình thu hoạch nghêu gồm nhiều côngđoạn bao gồm: Đào nghêu lẫn trong đất, sàng phân ly đất và con nhỏ, gom nghêuvào bao chứa Đối với thu hoạch thủ công, sử dụng công cụ đơn giản thườngđảm bảo tối đa yêu cầu trên, tuy nhiên năng suất rất thấp, không đáp ứng đượcyêu cầu thu hoạch quy mô lớn Việc sử dụng máy thu hoạch nghêu cho năng suấtcao nhưng đòi hỏi đặc điểm kết cấu, nguyên lý và thông số làm việc phù hợpđảm bảo độ sót, nứt vỡ tối thiểu, chi phí năng lượng thấp LHM thu hoạch nghêu

có khả năng di chuyển ổn định trên nền đất cát ngập nước, bộ phận đào có gócnghiêng, bề rộng làm việc hợp lý, chiều sâu làm việc đạt mức tối thiểu đảm bảo

phận phụ trợ khác như cơ cấu gom, chuyển nghêu, cơ cấu truyền động, nânghạ…vv, cũng có các yêu cầu kỹ thuật và thông số làm việc đồng bộ với các bộphận làm việc chính đảm bảo năng suất và chất lượng thu hoạch nghêu.

1.5 Các nghiên cứu trong và ngoài nước về LHM thu hoạch nghêu và một

số loại LHM liên quan

Chăn nuôi và thu hoạch nghêu là hình thức sản xuất được hình thành từ lâu,tuy nhiên trong thời gian gần đây loại hình sản xuất này mới phát triển rộng rãi ởmức độ quy mô lớn để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về số lương và chấtlượng nghêu thương phẩm cho thị trường trong nước và phục vụ xuất khẩu Vìvậy nhu cầu cơ giới hóa sản xuất nghêu trong đó có khâu thu hoạch cũng mớiđược hình thành

Các loại máy thu hoạch nghêu đang được một số cơ sở nghiên cứu chế tạo,nhưng đến nay vẫn chưa có một LHM nào đã được chế tạo và công bố ở trong vàngoài nước Vì vậy, đây cũng là vấn đề hết sức khó khăn với tác giả khi thựchiện nghiên cứu đề tài này

1.6 Cơ sở lý thuyết nghiên cứu dao động của máy

1.6.1 Một số khái niệm và sơ đồ dao động tương đương của máy kéo

Hệ dao động của ô tô máy kéo khi chuyển động là hệ nhiều bậc tự do rất

phức tạp với tối đa là 6 bậc tự do (hình 1.13) bao gồm: Các dao động tịnh tiến

theo các phương XX, YY, ZZ và các dao động quay xung quanh các trục XX,

YY và ZZ

Tất cả các dao động trên đều ảnh hưởng đến con người, song mức độ ảnhhưởng có khác nhau Các kết quả thí nghiệm cho thấy các dao động trong mặtphẳng dọc X0Z gây ảnh hưởng mạnh đến con người, còn các dao động trongcác mặt phẳng khác là không đáng kể, có thể bỏ qua

1.6.1.1 Khái niệm về khối lượng được treo và khối lượng không được treo

Để nghiên cứu dao động của ô tô, người ta chia khối lượng xe thành haiphần: Khối lượng được treo M và khối lượng

không được treo m.

 Khối lượng được treo

Khối lượng được treo M bao gồm những

cụm, chi tiết mà trọng lượng của chúng tác động

lên hệ thống treo như thùng xe, ca bin, động cơ và

một số chi tiết của hệ thống treo Các cụm và chi

tiết này có thể được nối với nhau bằng các đệm

Hình 1.13 Hệ trục toạ độ nghiên cứu hệ dao động không

gian của ô tô (0 là trọng tâm của xe)

Z

Y

0 Y

Z

v

v

Hình 1.14 Mô hình hoá khối lượng được treo

B(M2)

T(M ) A(M1)

b L a

biểu diễn như một thanh AB (Hình 1.14) có khối lượng tập trung tại điểm T.

Các điểm A, B tương ứng với vị trí cầu trước và cầu sau của xe Khối lượngcủa xe được phân bố trên cầu trước và cầu sau là M1 và M2

 Khối lượng không được treo

Khối lượng không được treo m bao gồm các cụm, chi tiết mà trọng lượng

của chúng không tác động lên hệ thống treo Đó là các cầu, hệ thống di động

và một phần các đăng Cũng giả thiết tương tự như

phần khối lượng được treo, ta bỏ qua biến dạng

đàn hồi ở các chỗ nối và xem như phần khối lượng

không được treo là một vật thể đồng nhất, có khối

lượng tập trung m đặt tại tâm hình học của bánh

xe (hình 1.15) Sự biến dạng đàn hồi của lốp được

đặc trựng bới hệ số cứng Cl

 Hệ số khối lượng

Tỷ số giữa khối lượng được treo M và khối lượng không được treo m

được gọi là hệ số khối lượng δ:

δ = Μ

m (1-12)

Hệ số khối lượng δ có ảnh hưởng lớn đến tính êm dịu chuyển động của ô

tô máy kéo Giảm khối lượng không được treo sẽ giảm được lực va đập truyền

C L m

H×nh1.15 M« h×nh ho¸ khèi

l îng kh«ng ® îc treo

lên khung vỏ, còn tăng khối lượng được treo sẽ giảm được dao động củakhung vỏ Cho nên trong thiết kế ô tô, có xu hướng tăng hệ số khối lượng δ,

mà trước hết là giảm khối lượng không được treo

Thông thường chọn δ = 6,5 − 7,5 đối với xe du lịch và δ = 4 - 5 đối với

xe vận tải

Hệ thống treo

Hệ thống treo dùng để liên kết phần khung vỏ

(khối lượng được treo) với các cầu xe (khối lượng

không được treo)

Trong sơ đồ dao động tương đương của ô tô,

ta có thể biểu diễn hệ thống treo như là một lò xo

có hệ số cứng CL kết hợp với một bộ phận giảm

chấn có hệ số cản K (Hình 1.16) Điểm 1 được nối

với khung, còn điểm 2 được đặt lên cầu xe

1.6.1.2 Sơ đồ dao động tương đương của máy kéo

Đối với máy kéo xích, tuỳ thuộc vào loại cơ cấu treo sẽ có sơ đồ dao

động khác nhau Trên hình 1.17 là sơ đồ dao động tương đương của máy kéo

xích có hệ thống treo cân bằng (điều hoà)

Hình 1.17 Sơ đồ dao động tương đương của máy kéo

lốp Hơn nữa khối lượng của máy thường tập trung ở

phần sau để tăng khả năng kéo bám và thường làm việc

trên mặt đường, mặt đồng gồ ghề nên thân máy kéo

thường có dao động rất lớn (160 − 240 lần/phút), vượt xa

mức chịu đựng của con người

Do đặc điểm trên, cần đặc biệt chú ý đến thiết kế hệ

thống treo ghế ngồi cho ngườ lái Sơ đồ hệ thống treo

ghế ngồi được biểu diễn trên hình 1.18.

Trong đó:

m − khối lượng của người lái;

M2− khối lượng được treo phân ra cầu sau;

C − hệ số cứng của ghế ngồi;

K − hệ số cản của ghế ngồi;

C’2 − hệ số cứng của lốp sau;

K’2 − hệ số cản của lốp sau;

ω2 − tần số dao động của thân máy kéo

Để giải bài toán trên, trước hết ta xét trường hợp đơn giản với giả thiết:

− Chưa tính đến lực cản dao động của ghế ngồi;

− Lực kích thích dao động ghế ngồi là hàm điều hoà hình sin:

P = P0sinω2t (1-13)

P0 − biên độ cực đại của lực kích thích

Phương trình dao động của ghế ngồi người lái có dạng:

m. z + C.z = P0sinω2t (1-14)

Để giải phương trình (1.14) ta phải tìm nghiệm riêng của nó Giả thiếtnghiệm riêng có dạng:

zr = Axsinω2t (1-15)Sau khi lấy vi phân của nghiệm riêng theo thời gian rồi thế vào phươngtrình (1-14) ta tìm được giá trị của hằng số Ax:

ω (1-18)

hoặc z

P C

hưởng Thông thường chọn tỉ số ωω2 = 0 5 0 6 , − , là tốt nhất

Tuy nhiên, tỉ số trên phụ thuộc vào trọng lượng người lái (vì ω2 = C/m),

do vậy đòi hỏi ghế ngồi cho người lái phải có khả năng điều chỉnh được độcứng C theo trọng lượng người lái thí mới cố định được tỉ số ω2/ω

Để tăng độ êm dịu của ghế ngồi cho người lái có thể lắp thêm giảm chấnthuỷ lực hoặc thanh xoắn

1.6.2 Động lực học máy kéo xích

1.6.2.1 Lực kéo tiếp tuyến

Dưới tác động của mô men chủ động M k làm cho nhánh xích chủ động bịcăng ra với lực căng:

r

k k

Bán kính r k có thể được xác định gần đúng Giả sử máy kéo chuyển độngđều và không có hiện tượng trượt, ứng với một vòng quay của bánh chủ độngmáy đi được một đoạn đường S Quãng đường S chính bằng tổng chiều dàicủa số mắt xíchz bao kín bánh chủ động, do đó ta có:

S = 2πrk = zlx

Từ đó ta rút ra :

r k = z l. x

2 π (1-21)

Trong đó: lx- chiều dài của một mắt xích

Lực kéo tiếp tuyến:

Lực căng T của nhánh xích chủ động sẽ được truyền đến nhánh xích tiếpxúc với mặt đường và tạo ra lực kéo tiếp tuyến P k

Quá trình vào ăn khớp với bánh chủ động các mắt xích sẽ bị xoay tươngđối vơí nhau và sinh ra mô men ma sát M r1 trên bề mặt làm việc của các chốtxích

Do vậy chỉ có một phần mô men chủ động ( M k - M r1 ) tạo ra lực kéo tiếptuyến, nghĩa là

P k = M k r M r

k

(1-22)

Cân bằng công suất trên nhánh chủ động:

Nhân hai vế của công thức (1-22) với ωk ta nhận được phương trình cânbằng công suất trên bánh chủ động:

Mkωk = Mr1ωk + Pkrkωk (1-23)

Mr1ωk − cômg suất mất mát do mô men ma sát nhóm một Mr1

Hiệu suất làm việc của nhánh xích chủ động:

ηp k kωωk

k k k

P r M

P r M

k p

k

= η = η η (1-25)

trong đó: M e − mô men quay của động cơ

i, ηm − tỷ số truyền và hiệu suất cơ học trong hệ thống truyền lực máykéo

Khác với máy kéo bánh, lực kéo tiếp tuyến của máy kéo xích không chỉphụ thuộc vào mô men chủ động Mk mà còn phụ thuộc vào hiệu suất làm việccủa nhánh xích chủ động ηp

Để tổng quát hoá công thức xác định lực kéo tiếp tuyến cho cả hai loạimáy, ta đặt ηm p = η ηm p, rồi thay vào công thức (1-24) sẽ nhận được:

Ở các máy kéo bánh ηp = 1, còn ở các máy kéo xích ηp< 1 Do đó khi

sử dụng công thức (1-26) hiệu suất cơ học ηm p của máy kéo xích bao giờ cũng

nhỏ hơn so với máy kéo bánh

Từ các công thức (1-22) và (1-23) với phép biến đổi đơn giản sẽ nhậnđược:

M

M M

r - bán kính của chốt xích;

T/2- lực căng trên một nhánh xích chủ động do mô men M k tạo ra.Trong một vòng quay của bánh chủ động có z mắt xích vào ăn khớp vàsinh ra một công ma sát tương ứng:

động xích cụ thể có thể xem ηp là một đại lượng không đổi trong quá trình

làm việc Các số liệu thực nghiệm cho thấy rằng, nếu xích có tình trạng kỹthuật tốt ηp = 0,96 ÷0,98.

Trong trường hợp bánh chủ động được bố trí ở phần trước của máy kéothì nhánh chủ động bao gồm cả nhánh xích trên Khi đó mô men ma sát đượctính theo công thức:

Như vậy, nếu bố trí bánh chủ động ở phần trước của máy kéo sẽ làm tăng

mô men ma sát Mr1 trên nhánh chủ động và dẫn đế làm giảm hiệu suất làmviệc ηp (khoảng 2 ÷ 3%) Đó cũng là lý do tại sao các máy kéo xích dùng

trong nông nghiệp không bố trí bánh chủ động ở phía trước

Trong trường hợp bánh chủ động bố trí ở phía sau và chạy lùi thì nhánh

chủ động sẽ bao gồm cả nhánh trước và nhánh trên, khi đó mô men ma sát sẽđược tính theo công thức:

Rõ ràng rằng khi chạy lùi mô men ma sát trên nhánh chủ động sẽ lớn hơn

so với khi chạy tiến

Trong các công thức trên có sự tham gia của hệ số ma sát µ Thực

nghiệm cho thấy ngoài sự phụ thuộc vào loại vật liệu và tình trạng kỹ thuậtcủa dải xích, hệ số ma sát µ còn phụ thuộc vào góc xoay tương đối giữa cácmắt xích và phụ thuộc vào điều kiện làm việc của máy - làm việc ở môitrường khô hoặc ướt, mức độ bụi và thành phần hạt bụi cứng Khi tính toán

có thể chọn µ = 0,2 ÷ 0,25.

1.6.2.2 Lực cản chuyển động trên máy kéo xích

Lực cản của liên hợp máy là tổng hợp tất cả các lực do bộ phận làm việccủa máy công tác tạo nên, lực cản lăn của bộ phận di động máy công tác, lực cản

dốc v.v…tất cả các lực cản này để đơn giản ta quy về một lực cản tổng hợp P kp

đặt tại móc của máy kéo, lực này nghiêng một góc γ so với phương nằm ngang

của thân máy kéo

Lực cản lăn của máy kéo xích

Lực cản lăn của máy kéo xích sinh ra do đất bị biến dạng theo phươngpháp tuyến và do lực ma sát trong bộ phận di động xích Nếu ta ký hiệu Pƒn và

Pƒr là hai thành phần lực cản lăn tương ứng với hai nguyên nhân sinh ra chúngthì lực cản lăn chung của máy kéo sẽ là:

Pƒ = Pƒn + PƒrĐất bịến dạng theo phương pháp tuyến là do sự tác động của tải trọng

phân bố phản lực pháp tuyến theo chiều dài của nhánh xích tiếp đất là đồngđều (hình 1.20) Khi đó sự biến dạng của đất theo phương pháp tuyến chủ yếu

là do bánh đè xích phía trước gây nên, các bánh đè xích tiếp theo chỉ lăn trênnền đất đã được bánh đè xích trước nén chặt Hợp lực của các phản lực pháptuyến tác dụng lên nhánh xích trước có thể phân thành hai thành phần: Thànhphần thẳng đứng và thành phần nằm ngang Thành phần nằm ngang có chiều

chống lại sự chuyển động và được gọi là lực cản lăn Pƒn

Trị số của thành phần lực cản lăn Pƒn có thể được xác định theo một vàiphương pháp khác nhau tuỳ theo cách giả thiết Với giả thiết đã nêu ra ở trên

ta xác định lực Pƒn theo phương pháp cân bằng công do lực Pƒn làm dịchchuyển máy kéo theo phương ngang với đoạn đường dL và công của trọng lực

G làm mặt đường biến dạng theo phương pháp tuyến một đoạn dh

G.cos α

P

K α

P

f

Hình 1.20 Hình 1.21

Sơ đồ lực tác dụng lên máy kéo Sơ đồ xác định lực cản lăn

Ta có thể viết phương trình cân bằng năng lượng:

P f n.dL = G dh.Tích phân hai vế phương trình trên với các cận (0 − L) và (0 − h) sẽ nhậnđược:

L

f n =

(1-32)Trong đó: L - chiều dài mặt tựa xích;

h - độ sâu vết xích

Để xác định độ sâu của vết xích h ta giả thiết ứng suất pháp tuyến phân

bố đồng đều có trị số là σtb và sự biến dạng của đất nằm trong giới hạn đànhồi Trị số của σtb có thể được xác định theo công thức

σtb = khTrong đó: k - hệ số biến dạng của đất theo phương pháp tuyến

Trong trường hợp này trọng lượng của máy kéo sẽ được cân bằng với cácphản lực pháp tuyến:

G = 2σtbbL = 2khbLTrong đó: b - bề rộng dải xích

Từ đó rút ra: