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

Để có thể tạo ra một LHM thu hoạch nghêu hoàn thiện với đầy đủ các tính năng kinh tế - kỹ thuật – công nghệ hoàn chỉnh, đáp ứng tốt các yêu cầu công việc, cần phải thực hiện đầy đủ nhiều

MAI VĂN HOẠT

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ SỬ DỤNG VÀ KẾT CẤU HỢP LÝ CHO LIÊN HỢP

MÁY THU HOẠCH NGHÊU

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

MÃ SỐ: 60520103

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS BÙI VIỆT ĐỨC

Hà Nội, 2014

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 thủy hải sản Trong số các loài thủy hải sản, nuôi nghêu là một trong những nghề đem lại lợi ích kinh tế lớn Nghêu hay ngao là tên gọi dùng để chỉ các loại động vật thân mềm hai mảnh vỏ (nhuyễn thể) thuộc họ Veneridae chuyên sống ở vùng nước ven biển có độ mặn cao, nước trong, nhiều đất cát sỏi phân bố chủ yếu ở vùng biển nhiệt đới và cận nhiệt đới Đây là loại hải sản có giá trị kinh tế cao, dễ nuôi, không tôn nhiều công chăm sóc

Nuôi nghêu không tốn thức ăn vì nghêu là động vật ăn lọc, không có khả năng chủ động săn mồi và chọn lọc thức ăn, 90% thức ăn là mùn bã hữu cơ, còn lại là sinh vật phù du chủ yếu là tảo silic, tảo giáp, tảo lam, tảo lục và tảo kim có sẵn trong môi trường sinh sống Thịt nghêu là loại thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, thơm ngon được nhiều người ưa thích (chiếm 56% protein tính theo trọng lượng khô) Nghêu sinh trưởng rất nhanh, sức sinh sản lớn, sản lượng khai thác hàng năm tương đối cao, phục vụ tiêu thụ nội địa và xuất khẩu, chính vì thế chúng trở thành đối tượng kinh tế của ngư dân vùng ven biển nước ta đặc biệt là vùng Đồng bằng sông Cửu Long làm cho nghề nuôi nghêu phát triển tuy vậy cũng 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 sinh nhiều vùng đất ven biển trước đây bị bỏ hoang, tạo việc làm và thu nhập ổn định cho một bộ phận cư dân nghèo sinh sống ở ven biển, góp phần xóa đói giảm nghèo và đảm bảo an sinh xã hội

Tiềm năng và định hướng phát triển của nghề nuôi nghêu được thể hiện rõ qua 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 có Quy hoạch vùng nuôi nghêu, sò đến năm 2015 và năm 2020 cho các tỉnh đồng bằng 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 tích nuôi 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, kim ngạch xuất khẩu đạt 198,03 triệu USD; diện tích nuôi sò 15.100 ha, sản lượng 102.688 tấn, kim ngạch xuất khẩu 154,02 triệu USD Một trong những công việc tốn nhiều sức lao động nhất trong quá trình nuôi nghêu là khâu thu hoạch Thu hoạch nghêu ở nước ta còn thủ công nên năng suất và chất lượng thấp, theo khảo sát 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 hóa khâu thu hoạch nghêu, mà cụ thể là thiết kế, chế tạo máy thu hoạch nghêu đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật - công nghệ, thay thế cho công việc thu hoạch thủ công hiện nay là một việc làm cấp thiết, nhằm nâng cao năng suất chất lượng sản phẩm, giảm chi phí sản xuất, thỏa mãn tối đa tính thời vụ cũng như các yêu cầu ngày 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 tính năng kinh tế - kỹ thuật – công nghệ hoàn chỉnh, đáp ứng tốt các yêu cầu công việc, cần phải thực hiện đầy đủ nhiều công đoạn phức tạp khác nhau liên quan đến đối tượng tác động (con nghêu), điều kiện làm việc (nền đất), nguồn động lực (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 tạo Liên hợp máy thu hoạch nghêu cho các vùng nuôi nghêu ven biển nước ta, 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 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 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

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 phát triển nuôi trồng thủy hải sản Trong chiến lược phát triển Nuôi trồng thuỷ sản hiện 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 vào việc làm sạch môi trường, ổn định sinh thái, là thành viên không thể thiếu trong nghề nuôi bền vững.Trong các loại động vật thân mềm thì nghêu là loài khá dễ nuôi, ít bệnh tật, không tốn thức ăn, thị trường dễ tiêu thụ, lợi nhuận cao.Nghề nuôi 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 Tiền Giang (Gò Công Đông) khoảng 2.300 ha, Bến Tre (Bình Đại, Ba Tri, Thạnh Phú) khoảng 4.420 ha, Trà Vinh (Cầu Ngang, Duyên Hải) khoảng 1.500 ha, Sóc Trăng (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 thu lớn 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 lớn nhất (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 40-50mm, chiều cao 40-45mm và chiều rộng 30-35mm Từ năm 1999 trong việc tìm kiếm đối tượng nuôi phù hợp với điều kiện khí hậu của miền Bắc, nghêu Bến Tre được người dân đưa vào nuôi thử nghiệm ở một số vùng cửa sông ven biển và đã cho kết quả tốt

Hình 1.1 Nghêu Bến Tre

Nghêu Bến Tre là đối tượng đang được người dân quan tâm bởi giá trị dinh dưỡng của nó Thịt thơm ngon có nhiều chất dinh dưỡng trong đó Prôtêin chiếm 15,66%, Lipit chiếm 3,43%, khoáng chiếm 3-13% và đang là một trong những mặt hàng hải sản có giá trị xuất khẩu cao Đặc biệt tháng 10/2008 Hội đồng 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 có

nhiều 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 cát pha bùn Theo nghiên cứu chỉ tiêu môi trường của nghêu ở đồng bằng sông Cửu Long 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 từ vùng 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, khoảng nhiệt độ thích hợp cho nghêu phát triển là 28-31oC, tốc độ dòng chảy 0,1 - 0,25 m/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 các cửa sông đổ ra nhiều, nghêu mau lớn, sinh trưởng nhanh Nghêu là loài phân tính đực cái riêng, chưa gặp hiện tượng lưỡng tính Khi tuyến sinh dục thành thục, nó căng lên như hai múi bưởi, màu nâu nhạt Số trứng trong noãn sào con cái 3.168.000 - 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 đến tháng 8 Tỷ lệ đực cái trung bình 1:1, 5 Một con nghêu cái có thể đẻ hàng triệu trứng một lần Đẻ trung bình 5 triệu trứng/cá thể Ấu trùng nghêu sống trôi nổi trong 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 thủy triều và thường bị sóng cuốn và dòng triều đưa đi tương đối xa, có khi dạt lên cao, bị phơi khô mà chết Sau khoảng hơn 1 tháng, nghêu cám lớn thành nghêu giống, nặng 0,16-0,20 g (5.000-6.000 con/kg), vỏ đã tương đối cứng, có thể đem ươm ở các bãi Chọn bãi nuôi nghêu ở vùng gần bờ, cách khoảng 500 m; không quá gần cửa sông (vùng nước ngọt đổ ra biển); cách xa nơi bị ô nhiễm từ nguồn nước 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 đọng nước nhiều, có chế độ thủy triều lên xuống đều đặn, khi nước rút thì bãi hoàn toàn cạn (thời gian phơi bãi khoảng 5-6 giờ/ngày) Chất đáy là cát bùn, trong đó cát chiếm từ 70-90%

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

Nghêu là loại động vật ăn lọc, 90% thức ăn là mùn bã hữu cơ, còn lại là sinh 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 độ

mặn, 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 Vì vậy 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 thể đạt 50-55 tấn/ha, như vậy nếu mật độ nghêu phân bố đều thì mỗi m2 bãi nuôi có

thể thu hoạch từ 2 đến 5,5 kg nghêu thịt

Thu hoạch

Thu hoạch nghêu là khâu nặng nhọc, chiếm nhiều nhân công nhất trong quy trình nuôi nghêu và quyết định rất nhiều đến năng suất Giá ngày công lao động 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 phù hợp, đáp ứng các yêu cầu về năng suất, chất lượng khâu thu hoạch nghêu, cần thiết phải có các nghiên cứu đồng bộ liên quan đến đặc tính sinh trưởng, kỹ thuật nuôi nghêu, đặc điểm địa hình, tính chất đất, điều kiện khí hậu thời tiết thủy văn

vùng 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 phẩm trung 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 tháng nuôi 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 các thức ăn thừa thãi, chỉ giữ lại nước nên thịt nghêu sẽ rất sạch (ngược lại, lúc triều lên, 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 dùng cào sắt để cào nghêu Sau một ngày làm việc mỗi người chỉ cào được khỏang 60-70kg nên chi phí cho khâu thu hoa ̣ch là rất lớn đồng thời không đảm bảo được

tính thời vu ̣ Một hình thức thu hoạch cho năng suất cao hơn là dùng áp lực và lưu lượng nước từ bơm nước để gom và làm sạch nghêu, tuy nhiên hình thức thu hoạch này yêu cầu phải có nguồn nước gần bãi nuôi, gây xáo trộn bề mặt vùng bãi 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 thuộc khu vực châu Á như: Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhật Bản, Đài Loan…, tuy nhiên quy 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 việc thu hoạch nghêu hoàn toàn bằng thủ công Khi thủy triều hạ dần để lộ những bãi nghêu còn xâm xấp nước thì những người bắt nghêu dùng lưỡi cào hớt nhẹ lên lớp cát để nhặt nghêu Lưỡi cào rà đến đâu, nghêu hiện ra đến đó, được họ nhặt cho 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 răng nhưng 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 khi nước vừa rút

Sử dụng bơm nước tạo áp suất của dòng nước để loại bỏ lớp cát bề mặt và gom nghêu thành đống là hình thức thu hoạch đã được ứng dụng tại một số vùng chăn 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 thương phẩm không cao do nghêu bị ngậm cát

Hiện nay Viện phát triển công nghệ Cơ – Điện Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội đã nghiên cứu thiết kế chế tạo một LHM thu hoạch nghêu cỡ nhỏ năng sất 0.5 ha/h, có khả năng thu gom, phân loại và di chuyển ổn định trên nền đất yếu Hiện nay máy đang được thử nghiệm để tiếp tục hoàn thiện kết cấu và nguyên lý làm việc, đặc biệt là cho các bộ phận máy công tác và hệ thống di động, 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 tác động 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 ngành riêng, đó là cơ học đất Trong phạm vi đề tài luận án, tác giả chỉ tập trung nghiên cứu một số tính chất cơ bản liên quan đến khả năng và hiệu suất làm việc của các liên 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 theo phương pháp tuyến (vuông góc với nền đất) và theo phương tiếp tuyến (song song 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 dịch theo các phương khác nhau và xuất hiện các ứng suất theo các phương đó Để tiện cho việc nghiên cứu, thông thường người ta phân tích các ứng suất theo hai thành phần: thành phần pháp tuyến  và thành phần tiếp tuyến  Thông qua các quy luật thay đổi và các giá trị giới hạn của các ứng suất này ta có thể đánh giá khả năng chống biến dạng và khả năng mang tải của nền đất tiếp xúc với dải xích của máy kéo Các thông số này thường được sử dụng làm thông số đầu vào cho 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 trình nghiên cứu của N.A Xưtôvich, M.G Becker, GS.TSKH Phạm Văn Lang, TS Phạm Văn Ngân Các tính chất này của đất ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng di chuyển 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  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 hay đường cong nén đất Đặc tính nén của đất có thể chia thành 3 phần tương ứng với ba giai đoạn của quá trình nén đất Trong giai đoạn thứ nhất chỉ xảy ra sự nén 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 tiếp tục xảy ra nhưng đồng thời xuất hiện cục bộ hiện tượng cắt đất ở một số vùng bao quanh khối đất Khi đó ứng suất lớn hơn lực nội ma sát và lực dính giữa các hạt đất, do đó biến dạng sẽ tăng nhanh hơn so với sự tăng ứng suất và quan hệ giữa chúng là phi tuyến Cuối giai đoạn hai ứng suất trên toàn bộ vùng bao quanh khối đất lớn hơn nội lực ma sát và lực dính giữa các phần tử đất, quá trình nén chặt đất kết thúc và bắt đầu xảy ra hiện tượng trượt hoàn toàn giữa khối đất và vùng đất bao quanh nó và ứng suất pháp tuyến đạt giá trị cực đại Trong giai đoạn thứ ba chỉ xảy ra hiện tượng truợt của khối đất, ứng suất không tăng nhưng biến dạng vẫn tiếp tục tăng Ở một số loại đất trong giai 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 suất cực đại max sẽ đặc trưng cho khả năng chống nén của đất Giá trị cực đại max

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

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

Sự biến dạng của đất theo phương pháp tuyến liên quan đến độ sâu của vết bánh xe và do đó ảnh hưởng đến lực cản lăn của máy kéo Vì vậy đường đặc tính nén đất được sử dụng như một cơ sở khoa học để tính toán thiết kế hệ thống 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 xuất hiện các ứng suất tiếp tuyến Thực nghiệm cho thấy rằng, mối quan hệ giữa biến dạng  và ứng suất  có dạng như đồ thị trên hình 1.5

Đối với đất chặt, ứng suất cắt cực đại max và 0, sau đó giảm dần đến một giá trị tới hạn nào đó 1 rồi xảy ra trượt hoàn toàn (đường 1) Đối với đất xốp thì ứng suất cắt  tang dần tới giá trị cực đại max 2 rồi xảy ra hiện tượng trượt hoàn toàn, nghĩa là giá trị tới hạn bằng bằng giá trị cực đại 2 = max 2 (đường 2)

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

Trên hình 1.6a thể hiện đặc tính cắt đất rời khi thay đổi các giá trị ứng suất pháp khác nhau Với áp suất ngoài càng lớn thì ứng suất giới hạn  cũng càng lớn Quan hệ giữa ứng suất cắt  và ứng suất pháp  là tuyến tính, thể hiện trên hình 1.6b và được biểu diễn bởi công thức:

δ0

τmax1

0

τm ax1

Trong đó: 0- Ứng suất cắt do lực dính gây ra

Trong thực tế, điều kiện làm việc của máy kéo thường chuyển động trên các loại đất tự nhiên Quá trình tương tác giữa hệ thống di động xích (xích hoặc

c)

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 τ δ và

chuyển vị σ khi cắt đất rời

c) Quan hệ giữa ứng suất tiếp τ δ và

chuyển vị σ khi cắt đất dính

τ

∆

τma x1

ma x1

2τ

ma x1

3τ

ma x1

τδ

σ

τma x1

0τ

ma x1

0τ

ma x1

τ δ = τ 0 +σtgφ

τmax1

φ

τ0

bánh 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 :

Tn = f n N ; f n = T0

tg

N

 ;

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

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

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:

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 được tính theo lực ma sát trượt:

T  f N

Trong đó : f - 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  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 điều hòa có dạng:

1 2

X B e B e

Trong đó: B1, ,1 B2,2 - 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

1

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

∆ - 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 nhược điểm 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 (

 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 cắt đất có thể chia thành 2 giai đoạn (2 pha): trong giai đoạn đầu ứng suất và biến dạng cùng tăng vì   0

 , còn giai đoạn thứ hai ứng suất giảm dần vì 0



 

 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 không mẫu 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:

1

p

f td

k ch

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 theo

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 tả

đường 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 thể

chuyển động trên đường và có thể làm việc cả ở những nơi không có đường xá

hay trên đồng ruộng Máy kéo được dùng làm nguồn động lực cho các máy công tác đi theo chúng để hoàn thành các công việc trong nông, lâm, ngư nghiệp, công nghiệp, giao thông vận tải, xây dựng v.v…

Trong nông nghiệp máy kéo được sử dụng để thực hiện nhiều dạng công việc khác nhau như: Cày, bừa, gieo trồng, chăm sóc cây trồng, thu hoạch, vận chuyển, v.v…Ngoài ra máy kéo cũng có thể làm nguồn động lực cho các máy tĩnh 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 như làm 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 hóa trên 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 khả năng bám tốt, tuy nhiên kết cấu hệ thống di động phức tạp, giá thành cao Máy kéo xích thường được sử dụng để hoàn thành các công việc cần lực kéo lớn như san 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 riêng lên đất nhỏ, hiệu suất kéo và lực bám cao nên có khả năng thông qua lớn hơn bánh lốp Tốc độ di chuyển của chúng không quá 12 km/h, áp lực lên đất của máy 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 ở

vùng tốc độ làm việc chính 5 - 7 km/h đối với máy kéo bánh lốp Lực kéo của máy kéo xích gần bằng trọng lượng của nó Các loại máy kéo công nghiệp thường phân thành nhóm có sức kéo 100, 150, 200, 350, 500 kN Các loại máy kéo công nghiệp có các loại khác nhau để có thể làm máy cơ sở cho xe nâng hàng, máy ủi, máy xới, v.v… Công suất động cơ của chúng phân bố trong một miền rất rộng từ 50 - 1800 kW hoặc hơn

Các bộ phận và hệ thống chính của máy kéo gồm: Động cơ, hệ thống truyền 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 hệ thống 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 mômen quay truyền, cho phép máy kéo dừng tại chỗ lâu dài mà động cơ vẫn làm việc, hệ thống 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 máy kéo cụ thể mà trong hệ thống truyền lực của chúng có thể có một hai hay nhiều cầu chủ động

Cầu chủ động là tổ hợp của các cụm máy và cơ cấu cho phép các bánh chủ động quay với tốc độ khác nhau để bảo đảm các bánh lăn êm dịu trên mặt đường không bằng phẳng hay khi đi vào đường vòng, nó còn làm tăng tỷ số truyền chung 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 phối đến các cầu chủ động của ôtô máy kéo, hoặc từ truyền lực chính đến các bánh xe

chủ động trên cùng một cầu khi các bánh xe treo độc lập với nhau Truyền lực các đăng cho phép các trục của các bộ phận máy được truyền động không nằm trong cùng một mặt phẳng và có thể dịch chuyển tương đối với nhau trong một giới hạn nhất định

Hệ thống truyền lực của máy kéo có sự khác nhau đáng kể so với hệ thống truyền 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, trục các đăng, truyền lực chính, ly hợp bên hay còn gọi là ly hợp chuyển hướng với phanh đai, trưyền lực cuối cùng với bánh chủ động Trên giá xích ở phía trước là bánh xe chuyển hướng với cơ cấu căng xích Truyền động cuối cùng làm tăng mômen quay các bánh chủ động Ly hợp chuyển hướng là một khớp nối ma sát nhiều đĩa luôn đóng Nếu bộ ly hợp chuyển hướng của một bên được mở, bên kia quay 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 quay vòng về phía ly hợp mở

Thường tại mỗi bộ ly hợp chuyển hướng có trang bị hệ thống phanh để hãm 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 có thể 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 bị động của ly hợp tách khỏi truyền lực chính Truyền lực cuối cùng và bánh xích chủ động bên phía ly hợp mở không nhận được mômen quay nữa Trả cần điều khiển về vị trí ban đầu, ly hợp được đóng Truyền lực chính và bánh xích chủ

động 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, truyền lực bên làm quay các bánh lốp

Ở bộ truyền lực máy kéo xích, đầu kéo một trục và hai trục, sát xi chuyên dụng 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 được thay bằng mối liên kết chất lỏng Hệ truyền thuỷ lực này là hệ thống thuỷ cơ Khi lực cản di chuyển lớn thì việc dùng biến tốc thuỷ lực sẽ làm tăng mômen quay của động cơ nhờ hệ số biến đổi lớn Quá trình làm việc của biến tốc thuỷ lực chuyển sang chế độ làm việc với hiệu suất cao hơn hẳn Khi ấy quá trình sang số được thực hiện một cách tự động, tức là số cao chỉ được thực hiện khi trụ thứ đạt được số vòng quay nhất định Lúc này động cơ làm việc ở công suất tối đa, còn việc 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 lực cuối 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 và hộp các đăng), đặc biệt là cho phép thay đổi tốc độ và mômen quay một cách vô cấp tuỳ theo lực cản bên ngoài Các bộ truyền lực kiểu thuỷ - cơ và truyền động điện hoàn toàn đáp ứng chế độ làm việc của máy kéo có rơmooc và các cơ cấu làm 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 của các máy công tác đi theo máy kéo, nên khớp nối 2 thường được bố trí giữa ly hợp 1 và hộp số 3, bố trí như vậy sẽ giúp cho hộp số máy kéo được đặt ngay phía dưới buồng lái, nhờ đó cấu tạo cơ cấu điều khiển hộp số đơn giản và thuận tiện khi điều khiển Ngoài ra, vì máy kéo cần lực kéo lớn, nên trong hệ thống truyền lực thường có truyền lực cuối cùng 6 để làm tăng tỷ số truyền chung cho hệ thống truyền lực

Trên hình 1.12 trình bày sơ đồ bố trí hệ thống truyền lực của máy kéo xích kiểu 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,

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;

từ trục bị động của bộ phận chuyển hướng, mômen được truyền đến truyền lực cuối cùng 8 rồi đến bánh sao chủ động 9, bánh sao chủ động ăn khớp với mắt xích của dải xích và đẩy cho máy kéo dịch chuyển trên đường ray vô tận do dải xích tạo nên Hiện nay trên một số máy kéo xích có công suất lớn dùng trong công nghiệp và các xe chuyên dụng, hệ thống truyền lực của chúng thường dùng kiểu hai dòng công suất truyền từ động cơ đến hai bánh sao chủ động của hai dải xích riêng biệt Với hệ thống truyền lực như vậy, sẽ làm cho truyền lực chính cũng như các chi tiết trong hộp số có kích thước nhỏ gọn hơn vì chịu tải trọng thấp hơn Điểm đặc biệt ở hệ thống truyền lực hai dòng công suất là trong hộp số của máy kéo có hai trục thứ cấp, mỗi trục thứ cấp truyền mômen cho một truyền lực chính riêng ở cầu chủ động và cho một bánh sao chủ động của một bên 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 dẫn xích và căng xích 1 và hai bánh sao chủ động 6, ngoài ra trong hệ thống di động xích 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 xích khi sử dụng bánh đè xích có đường kính lớn (như máy kéo TT - 4) khi đó không cần sử dụng các bánh đỡ xích

Xích gồm các mắt xích bằng kim loại liên kết khớp với nhau nhờ chốt xích hoặc xích cao su có lõi thép mềm tạo thành một vòng khép kín Phần lớn máy kéo xích có xích bằng mắt xích kim loại, loại này có ưu điểm có độ bền cao, cho lực 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 các máy kéo nông nghiệp công suất nhỏ và trung bình đặc biệt các máy kéo dùng cho 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 đến qua 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 chủ động 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 cho khung 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 chuyển động êm dịu, không gây va đập bất thường khi máy kéo di động Tùy theo kết cấu của từng loại máy kéo mà số lượng chi tiết của cơ cấu treo nối khung với bánh đè xích có thể khác nhau

Bánh sao chủ động

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

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 trước hay 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

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…

Hình 1.13 Hệ thống di động xích 1- 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;

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 hợp máy

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 trong điều kiện chuyển động ổn định, với các yếu tố đầu vào là kết cấu, thông số kỹ thuật và điều kiện làm việc, đầu ra là năng suất, chất lượng công việc và chi phí nhiên liệu

2.2.2 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu cải tiến máy thu hoạch nghêu liên hợp với máy kéo xích dùng thu 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 số

nghiên 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 dựng mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hưởng (các thông số kỹ thuật và điều kiện làm việc) và các chỉ tiêu thể hiện tính năng kinh tế - kỹ thuật của liên hợp máy thu

hoạch 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 thuận lợi, tuy nhiên do có hiệu suất truyền động không cao dẫn đến chi phí năng lượng lớn, có ảnh hưởng đến thông số động học của LHM như tốc độ di chuyển, độ trượt…vv

Dải xích của hệ thống di động máy kéo được coi như một dây dai mềm được 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 chuyển động 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 v0, khi đó tâm 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 t, khi đó tất cả các điểm trên vành bánh chủ động (hay bị động) đều vẽ lên các quỹ đạo giống nhau

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

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

(2–3) Đối với điểm B trên nhánh xích phía trên khi đó góc  = 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  = 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 của các 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 phía sau, ngược với hướng chuyển động của máy, khi vận tốc theo bằng 0, khi đó bộ phận di động xích bị trượt hoàn toàn, máy kéo dừng tại chỗ và nhánh xích quay theo vận tốc tương đối V0.

- Nếu v t > v 0, trường hợp này thường xẩy ra khi máy kéo chuyển động theo quán tính, khi máy chuyển động xuống dốc hay phanh, tốc độ tuyệt đối của điểm 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 của xích

Quỹ đạo chuyển động của một điểm 0 trên bánh đè xích cuối cùng như hình 2.1 Từ các phương trình biểu diễn vận tốc tương đối và vận tốc theo thấy rằng, sau một khoảng thời gian một điểm nằm ở vị trí 0 sẽ dịch chuyển theo cung đến vị trí 1, điểm này sẽ dịch chuyển theo thân máy đến vị trí 1’, rõ dàng chiều dài cung 01 bằng chiều dài 11’, tương tự như vậy từ điểm 2 bất kỳ ta lấy theo chiều 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 phân tích tương tự, ta thấy trên cung 01 các điểm ở đây chuyển động theo dạng cycloid, trên đoạn 13 các điểm của xích chuyển động theo quỹ đạo thẳng, sau đó lại tiếp tục chuyển động theo cycloid trên cung của bánh sao chủ động Bằng cách 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 trình bày trên hình 2.2

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

Khi trượt lết, hình ảnh sẽ ngược lại như hình 2.3c, do đất bị ép trượt về hướng chuyển động của máy, các điểm trên cung tiếp xúc của bánh đè xích và bánh chủ động có vận tốc theo lớn hơn vận tốc tương đối, lúc này các cung cycloid 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 gia tốc tuyệt đối Gia tốc của các điểm trên dải xích xuất hiện bởi đặc thù làm việc của bộ phận di động xích Gia tốc tuyệt đối cũng được tính bởi tổng hình học của

Hình 2.2 Quỹ đạo chuyển động của

điểm trên bánh đè xích cuối cùng

c) b) a)

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:

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

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 hình 2.4 và hình 2.5

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

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:

k

x   d r   l Theo quan hệ hình học ta có:

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 ) sin cos

k

k k

k

k k k

Nếu biểu diễn hàm:

( cos )sin ( ) cos

k

k k