Hoàn chỉnh kết cấu và công nghệ chế tạo bộ phận cắt máy bạt gốc mía HUA BGM 1

Hoàn chỉnh kết cấu và công nghệ chế tạo bộ phận cắt máy bạt gốc mía HUA BGM 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-


 -

NGUYỄN NGỌC BẢO

HOÀN CHỈNH KẾT CẤU VÀ CÔNG NGHỆ

CHẾ TẠO BỘ PHẬN CẮT MÁY BẠT GỐC MÍA HUA.BGM-1

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành : Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá

nông, lâm nghiệp

Mã số : 60.52.14

Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN XUÂN THIẾT

HÀ NỘI - 2010

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này

là trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam ñoan rằng mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này

ñã ñược cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc

Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Nguy ễn Ngọc Bảo

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin trân trọng cảm ơn TS Nguyễn Xuân Thiết, người ñã trực tiếp hướng dẫn, giúp ñỡ tôi trong quá trình làm ñề tài và hoàn thành Luận văn cùng tập thể các thầy cô trong Bộ môn Cơ học kỹ thuật – Khoa Cơ ðiện - Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã giúp ñỡ tôi trong quá trình thực hiện

ñề tài

Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn tập thể các thầy, cô giáo trong khoa Cơ ðiện ñã trực tiếp giảng dạy tôi trong suốt quá trình học tập tại trường Cảm ơn Trường Cao ñẳng Công nghiệp Nam ðịnh và bạn bè ñồng nghiệp ñã tạo mọi ñiều kiện thuận lợi và giúp ñỡ tôi hoàn thành Luận văn này

Tác giả luận văn

2.1 Các kết quả nghiên cứu ñộng học và ñộng lực học của máy 14

2.2 Những tồn tại cần ñược khắc phục của mẫu máy: 18CHƯƠNG III HOÀN THIỆN KẾT CẤU BỘ PHẬN CẮT MÁY BẠT

3.2 Tính toán ñộ bền trục cắt – Bài toán ñộ bền mỏi 42

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Fc - Lực cắt

T - Chu kì của lực kích thích

ρ - khối lượng riêng của thép

mt - khối lượng của trục

Jt - mô men quán tính khối lượng của trục

Ip - mô men quán tính ñộc cực

Rd - bán kính ñĩa lắp dao

Md - khối lượng của ñĩa

Jd - mô men quán tính khối lượng ñĩa

Jo - mô men quán tính khối lượng qui ñổi

DANH MỤC BẢNG

3.1 Biên ñộ và góc xoắn cực trị của ñĩa khi thay ñổi r1 (rd1 = 0,22m;

rd2 = 0; l = 0,6m; m = 12kg; r2 = 0) 323.2 Biên ñộ và các cực trị của góc xoắn tương ứng với sự thay ñổi

của r2 (Rd = 0,22m; l = 0,6m; m = 12kg; r1 = 0,03m) 353.4 Biên ñộ và các giá trị cực trị của góc xoắn khi khối lượng ñĩa cắt

M thay ñổi (r1 = 0,03m; r2 = 0,02m; Rd = 0,22m l = 0,6m) 393.5 Hệ số an toàn tĩnh nch và hệ số an toàn mỏi nm 494.1 Thành phần hoá học của thép cacbon kết cấu 45 544.2 Bảng cơ tính và ứng suất cho phép của thép cacbon kết cấu C45 564.3 Thành phần hoá học của thép nhíp 50CrMnA 66

DANH MỤC HÌNH

1.4 Sơ ñồ nguyên lý máy ñốn gốc mía có lưỡi dao ñộng 101.5 Sơ ñồ nguyên lý máy ñốn gốc mía có dao lắp lỏng trên roto nằm

3.7 ðồ thị biểu diễn quan hệ giữa góc xoắn φ và lực kích thích MC

theo thời gian t (r 1 = 0.02m; r 2 = 0; l = 0,6m; m = 12kg; R d =

3.8 ðồ thị biểu diễn quan hệ giữa góc xoắn φ và lực kích thích M

theo thời gian t (r 1 = 0,025m; r 2 = 0; l = 0,6m; m = 12kg; R d =

3.9 ðồ thị biểu diễn quan hệ giữa góc xoắn, lực kích thích theo thời

gian (r 1 = 0,03m; r 2 = 0; l = 0,6m; m = 12kg; R d = 0,22m) 303.10 ðồ thị biểu diễn quan hệ giữa góc xoắn và lực kích thích theo

thời gian (r 1 = 0,04m; r 2 = 0; l = 0,6m; m = 12kg; R d = 0,22m) 313.11 ðồ thị biểu diễn quan hệ giữa góc xoắn, lực kích thích theo thời

gian (r 1 = 0,03m; r 2 = 0,005; l = 0,6m; m = 12kg; R d = 0,22m) 333.12 ðồ thị biểu diễn quan hệ giữa góc xoắn và lực kích thích theo

3.17 ðồ thị biểu diễn quan hệ giữa góc xoắn và lực kích thích theo

thời gian (r 1 = 0,03m; r 2 = 0,02; R d = 0,22m; m = 12kg; l =

3.18 ðồ thị biểu diễn quan hệ giữa góc xoắn và lực kích thích theo

thời gian (r 1 = 0,03m; r 2 = 0,02;R d = 0,22m; l = 0,5m) 373.19 ðồ thị biểu diễn quan hệ giữa góc xoắn và lực kích thích theo

thời gian (r 1 = 0,03m; r 2 = 0,02; R d = 0,22m; l = 0,6m) 383.20 ðồ thị biểu diễn quan hệ giữa góc xoắn φ và lực kích thích M theo

thời gian t trong trường hợp r1 = 0,03m; r2 = 0,02m; Rd = 0,22m; l =

3.21 ðồ thị biểu diễn quan hệ giữa góc xoắn φ và lực kích thích M

theo thời gian t (r1 = 0,03m; r2 = 0,02m; Rd = 0,22m; l = 0,6m; m

3.22 ðồ thị biểu diễn quan hệ giữa góc xoắn φ và lực kích thích M

theo thời gian t (r1 = 0,03m; r2 = 0,02m; Rd = 0,22m; l = 0,6m; m

3.23 ðồ thị biểu diễn quan hệ giữa góc xoắn φ và lực kích thích M

theo thời gian t (r1 = 0,03m; r2 = 0,02m; Rd = 0,22m; l = 0,6m; m

3.27 Biểu ñồ biến thiên ứng suất pháp của ñiểm ngoài cùng trên tiết

3.28 Biểu ñồ biến thiên ứng suất tiếp của ñiểm ngoài cùng trên tiết

3.31 Kết cấu dao cắt 52

4.5 Sơ ñồ ñịnh vị nguyên công khỏa mặt khoan tâm 62

4.7 Sơ ñồ ñịnh vị nguyên công phay rãnh then 64

4.11 Sơ ñồ ñịnh vị nguyên công phay mặt phẳng 674.12 Sơ ñồ ñịnh vị nguyên công phay lưỡi dao 684.13 Sơ ñồ ñịnh vị nguyên công khoan lỗ bu lông 69

4.15 Sơ ñồ ñịnh vị nguyên công mài lưỡi cắt 70

4.18 Sơ ñồ ñịnh vị nguyên công tiện mặt ngoài 724.19 Sơ ñồ ñịnh vị nguyên công khoan lỗ ghép moayơ 724.20 Sơ ñồ ñịnh vị nguyên công khoan lỗ lắp dao 73

MỞ ðẦU

Cùng với công nghệ sinh học, thuỷ lợi thì cơ giới hoá trong sản xuất nông nghiệp là một trong ñiều kiện ñể ñánh giá trình ñộ phát triển nông nghiệp nước ta Việc không ngừng nâng cao năng suất lao ñộng, chất lượng nông sản giải quyết tính căng thẳng của thời vụ, của sản xuất nông nghiệp là một trong những nội dung quan trọng của sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện ñại hóa nông nghiệp nông thôn nước ta hiện nay

Nông nghiệp nước ta mang ñặc trưng của nông nghiệp nhiệt ñới có nhiều loại cây trồng có khả năng thích nghi cao ñặc biệt là cây công nghiệp như: cao su, cà phê, hạt tiêu, mía… Trong ñó cây mía có vị trí quan trọng Cây mía và nghề làm mật, ñường ở Việt Nam ñã có từ xa xưa, nhưng công nghiệp mía ñường mới ñược bắt ñầu từ thế kỷ thứ XX ðến năm 1994, cả nước mới có 9 nhà máy ñường mía, với tổng công suất gần 11.000 tấn mía ngày và 2 nhà máy ñường tinh luyện công suất nhỏ, thiết bị và công nghệ lạc hậu Hàng năm phải nhập khẩu từ 300.000 ñến 500.000 tấn ñường Năm

1995, với chủ trương “ðầu tư chiều sâu, mở rộng các nhà máy ñường hiện có, xây dựng một số nhà máy có quy mô vừa và nhỏ ở những vùng nguyên liệu nhỏ Ở những vùng nguyên liệu tập trung lớn, xây dựng các nhà máy có thiết

bị công nghệ tiến tiến hiện ñại, kể cả liên doanh với nước ngoài, sản lượng ñường năm 2000 ñạt khoảng một triệu tấn (Nghị Quyết ðại hội ðảng toàn quốc lần thứ 8)[2] Chương trình mía ñường ñược chọn là chương trình khởi ñầu ñể tiến hành công nghiệp hoá, hiện ñại hoá nông nghiệp nông thôn, xoá ñói, giảm nghèo, giải quyết việc làm cho lao ñộng nông nghiệp Ngành mía ñường ñược giao “Không phải là ngành kinh tế vì mục ñích lợi nhuận tối ña

mà là ngành kinh tế xã hội”

Trước yêu cầu của thực tế sản xuất, ngành cơ khí nông nghiệp ñã tham

gia nghiên cứu cơ khí hoá nhiều khâu của quy trình trồng mía như làm ñất, ñốn gốc, chăm sóc, thu hoạch, băm thái lá…Do nhiều nguyên nhân khách quan và chủ quan khác nhau, kết quả nghiên cứu còn hạn chế… chưa ñáp ứng tốt ñược yêu cầu của thực tế sản xuất trong ñó có khâu ñốn gốc mía

ðốn gốc mía là một khâu rất quan trọng ñối với công việc ñốn mía lưu gốc, phải tốn nhiều công, ñòi hỏi tính công nghệ, kĩ thuật cao và thời vụ khắt khe Hiện nay ở nước ta việc ñốn gốc mía ở các ñịa phương chủ yếu vẫn còn thủ công nhỏ lẻ, tốn nhiều lao ñộng, chất lượng ñốn kém, không ñảm bảo thời vụ Thực hiện cơ khí hoá tốt khâu này sẽ ñem lại hiệu quả cao cho việc trồng mía

Việc trồng lưu gốc mía thì người dân lại bỏ ngỏ chưa thật sự quan tâm Trồng mía lưu gốc có nhiều lợi thế hơn hẳn so với diện tích trồng mới Do giảm ñược chi phí sản xuất khoảng 30% (chủ yếu trong các khâu làm ñất, giống mía và công trồng) Mía có khả năng nảy mầm, ñẻ nhánh cây con từ gốc của vụ trước mạnh, nếu chăm sóc bón phân tốt năng suất mía cây và hàm lượng ñường của mía gốc vụ 1 cao hơn mía tơ khoảng 10,8 tấn/ha Thời gian chăm sóc vụ gốc sớm hơn, thu hoạch sớm hơn vụ tơ 1 tháng, khẩn trương xử

lý và chăm sóc kịp thời, ñúng kỹ thuật tạo ñiều kiện cho mầm mía mọc nhanh

và ñều hơn Thường là trồng 1 vụ mía tơ và 2 vụ mía lưu gốc tùy theo ñiều kiện canh tác của từng vùng

Trước yêu cầu thực tế của sản xuất, ngành cơ khí nông nghiệp ñã tham gia nghiên cứu cơ khí hoá nhiều khâu của quy trình trồng mía như làm ñất, ñốn gốc, chăm sóc, thu hoạch, băm thái lá v.v

ðốn gốc mía là một khâu rất quan trọng ñối với mía lưu gốc tốn nhiều công, ñòi hỏi kỹ thuật cao và thời vụ khắt khe Hiện nay ở nước ta việc ñốn gốc mía ở các ñịa phương chủ yếu vẫn là thủ công tốn nhiều lao ñộng, chất lượng kém và không ñảm bảo thời vụ Thực hiện cơ khí hoá khâu này ñem lại

hiệu quả cao cho việc trồng mía

ðề tài cấp nhà nước giai ñoạn 2000 – 2005 “ Nghiên cứu chế tạo một

số mẫu máy canh tác cho cây trồng cạn chính “ mã số KC07-11 do PGS.TS Phạm Văn Tờ chủ trì ñã nghiên cứu chế tạo thành công mẫu máy Bạt gốc mía HUA.BGM-1

Mẫu máy ñược hội ñồng nghiệm thu cấp nhà nước công nhận và nay ñược cho phép nghiên cứu hoàn chỉnh ñể chuyển giao vào sản xuất Tuy nhiên trong quá trình thử nghiệm mẫu máy này còn nhiều tồn tại cần ñược khắc phục như: Chế ñộ ñộng học của máy, trục bị gãy, lưỡi dao nhanh mòn

Xuất phát từ tình hình trên tôi thực hiện ñề tài “Hoàn chỉnh kết cấu và công nghệ chế tạo bộ phận cắt của máy Bạt gốc mía HUA.BGM-1”

ðề tài gồm những nội dung sau:

1 Nghiên cứu tổng quan về các phương pháp ñốn gốc mía trong và ngoài nước

2 Giới thiệu các kết quả nghiên cứu Máy bạt gốc mía HUA.BGM-1

3 Nghiên cứu hoàn thiện kết cấu bộ phận cắt máy bạt gốc mía HUA.BGM-1: Nghiên cứu ñộng lực học cơ cấu- bài toán dao ñộng của bộ ñĩa lắp dao cắt; bài toán về ñộ bền mỏi trục bộ phận cắt từ ñó lựa chọn các thông

số cấu tạo của bộ phận cắt

4 Công nghệ chế tạo mốt số chi tiết chính

4.1.Nghiên cứu công nghệ chế tạo trục bộ phận cắt

4.2 Nghiên cứu công nghệ chế tạo dao

4.3 Nghiên cứu công nghệ chế tạo ñĩa dao

CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU MÁY BẠT GỐC MÍA

1.1 Một số nét khái quát về mía lưu gốc và ñiều kiện làm việc của máy bạt gốc mía

Mía là cây công nghiệp ngắn ngày có khả năng tái sinh cao, là nguyên liệu ñể chế biến ñường, mì chính Mía lưu gốc là mía tái sinh từ bộ gốc của mía vụ trước sau khi thu hoạch thân làm nguyên liệu ñường Mía gốc sau khi thu hoạch mía tơ ñược gọi là mía lưu gốc vụ một Các vụ mía tiếp theo ñược gọi là mía lưu gốc vụ hai, vụ ba

Thông thường mía lưu gốc vụ một có năng suất bằng hoặc cao hơn năng suất mía tơ Năng suất các vụ mía lưu gốc vụ hai vụ ba bắt ñầu giảm dần

số năm có thể ñể lưu gốc phụ thuộc vào ñất ñai, thời tiết sâu bệnh và kỹ thuật canh tác Năng suất các vụ mía tái sinh phụ thuộc rất nhiều vào khâu bạt gốc mía sau khi thu hoạch

Trong tổng sản lượng mía ñường hàng năm trên thế giới ñường ñược sản xuất từ mía lưu gốc chiếm 2/3 Sở dĩ mía lưu gốc có vị trí quan trọng như vậy vì nó có các ưu ñiểm sau:

- Không tốn giống, mỗi ha tiết kiệm ñược 7 – 10 tấn hom giống

- Giảm ñược lao ñộng lúc nông vụ khẩn trương vì thời ñểm thu họach mía thường trùng với thu hoạch cây lúa xuân nên lao ñộng rất căng thẳng

- Rải ñược thời gian chăm sóc vì thường chăm sóc mía gốc trước mía tơ 15- 30 ngày, nhờ ñó kéo dài thời gian chăm sóc ñầu vụ

- Hạn chế sói mòn ñối với các vùng ñất dốc, mưa nhiều và giảm ñược

số lần cày bừa

- ðối với những nơi không ñủ ñất luân canh vụ mía gốc cuối chu kì có thể thu hoạch sớm ñể tranh thủ làm vụ cây ngắn ngày cải tạo ñất trước khi

trồng mía cho vụ mới

Mía gốc có bộ rễ nhiều, ăn sâu nếu vụ trước chăm sóc tốt Sau khi thu hoạch bộ gốc còn lại có bộ rễ nhiều phân bố rộng và sâu Bộ rễ này phần lớn

có khả năng hút nước và chất dinh dưỡng Ngoài ra bộ rễ già nằm dưới mặt ñất ra khá nhiều rễ mới hỗ trợ thêm cho bộ rễ cũ hút chất dinh dưỡng cho cây Nhìn chung 3- 4 tháng ñầu mía gốc vươn cao hơn mía tơ

Tuỳ theo cách trồng nông hay sâu, công cụ thu hoạch và cách sử lí gốc các ñoạn gốc còn lại mỗi khóm có từ 15- 25 mầm, bình quân có khoảng trên dưới 20 mầm, trong ñó số mầm tốt chiếm từ 60- 80% Nhìn chung các mầm mọc từ gốc trên mặt ñất yếu, khả năng phát triển kém Ngược lại càng sâu dưới ñất thì mầm càng to khoẻ hơn các mầm mía tơ mọc từ hom Vì các mầm này mọc từ cây mẹ cha thu hoạch ñược cây mẹ trực tiếp nuôi dưỡng Vì vậy cùng một ñoạn dài bằng nhau trọng lượng của mía mầm gấp 3 – 4 lần mầm mía tơ

Sau một vụ ñất thường bị nén chặt các mầm ở dưới cùng to khoẻ song lại bị vùi sâu dưới ñất, bị ñất bao chặt thiếu dưỡng khí, cản trở sự sinh của mầm sau khi thu hoạch cây mẹ

Sau khi thu hoạch cây mẹ nếu xử lý gốc kịp thời tạo ñiều kiện thông thoáng cho bộ rễ và các mầm ngầm thì số mầm này sẽ sinh trưởng rất nhanh Nếu không xử lý kịp thời, ñất không thông thoáng thì các mầm ngầm ở dưới sâu có thể bị hỏng làm cho gốc mía thiếu cây

* ðặc ñiểm về mật ñộ và sự phân bố gốc mía:

Các loại giống mía trồng phổ biến hiện nay ở nước ta: VN 84-4137, ROC 1, ROC 16, Vð 79-177, Qð 11, K 84-200, R 570, VN 84-2611…

Tùy thuộc vào giống mía, vụ mía, mức ñộ thâm canh mía mà sự phân

bố gốc mía và mật ñộ gốc mía khác nhau Trung bình có 6 ñến 12 gốc cây/1m chiều dài luống Tuy nhiên các gốc cây không rải ñều mà qui tụ theo từng

khóm, khoảng cách giữa các khóm phụ thuộc vào quá trình canh tác trước ñó thường từ 0,6m ÷ 0,8m Các khóm mía thường có mật ñộ phân bố ñặc trưng bình 6 ñến 9 gốc cây/khóm, ñường kính khóm dao ñộng trong khoảng 0,25m

÷ 0,4m Hình 1.1 mô phỏng hình ảnh phân bố gốc mía dọc theo ñường tâm của luống

Hình 1.1 Mô phỏng về sự phân bố gốc mía

Trong thực tế sản xuất do thu hoạch mía bằng thủ công nên gốc mía sau khi thu hoạch còn lại cao hơn mặt ñất từ 5 ÷ 10 cm thậm chí 20 cm ðể thâm canh mía như ñã phân tích ở trên, công việc cần thiết là phải ñốn các gốc mía trước khi các mầm mía phát triển Thời gian thích hợp nhất là trong vòng 7÷8 ngày sau khi thu hoạch

* ðặc ñiểm về cơ lý tính của gốc mía

Cơ lý tính của gốc mía có quan hệ mật thiết tới chi phí năng lượng cắt Tùy theo ñặc ñiểm của từng loại mía, vị trí cắt, mùa vụ thu hoạch mà chi phí năng lượng này có sự khác nhau Nghiên cứu về lực cắt, công cắt một cây mía ứng với các góc cắt trượt khác nhau cũng ñã ñược nghiên cứu tại khoa Cơ – ðiện, trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội [5] Kết quả nghiên cứu cho thấy, lực cắt cực ñại nằm trong phạm vi từ 0,4 kN ñến 0,7kN; phạm vi góc cắt trượt hợp lý τ = 300 ñến 400

ðối với vùng nguyên liệu mía diện tích lớn, ñể giải quyết khâu ñốn gốc mía không thể tiến hành thủ công như dùng dao, cuốc ñược vì năng suất thấp

và chất lượng không ñảm bảo vì thế cần ñược tiến hành cơ giới hoá

0,6m ÷0,8m 0,25m ÷0,4m

1.2 Tình hình nghiên cứu cơ khí hoá khâu ñốn gốc mía trên thế giới

ðối với các nước pháp triển như: Mỹ, Brazil, Úc, Pháp, Thái Lan, Pakistan, … việc cơ khí hoá các khâu canh tác cho mía ñã ñược giải quyết rất triệt ñể và ñồng bộ Công việc thu hoạch mía ñược tiến hành bằng máy và bộ phận cắt của máy thu hoạch mía có thể cắt sát ñất do ñó không cần phải ñốn lại gốc ðối với các nước ñang phát triển và chậm phát triển thì do công việc thu hoạch chủ yếu vẫn là thủ công cho nên tình trạng gốc mía sau khi thu hoạch có ñộ cao thấp khác nhau, ñể chăm sóc cho các vụ mía sau cần thiết phải tiến hành ñốn lại gốc mía

ðốn gốc mía cần phải tiến hành khẩn trương và tốn nhiều công ðể nâng cao năng suất, giảm chi phí lao ñộng, ñảm bảo chất lượng thời vụ và chất lượng ñốn, nhiều nước trên thế giới ñã nghiên cứu ñưa cơ khí vào khâu ñốn gốc mía như: Trung Quốc, Ấn ðộ, Pakistan, Thái Lan, Brazil… Dưới ñây sẽ giới thiệu một số mẫu máy của các nước ñã thiết kế, chế tạo và ñưa ra sản xuất

a Máy ñốn gốc mía ở Pakistan

Hình 1.2 Máy ñốn gốc mía Pakistan

1 ðầu nối trục thu công suất 2 Hộp số 3 Cơ cấu treo 4 Cơ cấu ñiều chỉnh Máy ñược lắp sau máy kéo và ñược truyền qua trục thu công suất Máy làm việc với năng suất bằng 20÷25 người Máy bao gồm phần khung chính, ñĩa tròn có gắn lưỡi dao cắt, hộp số truyền ñộng, tấm che phủ và tấm trượt ñiều khiển nông sâu

ðĩa dao quay với tốc ñộ 350 vòng/phút ứng với một số máy kéo ở tốc

ñộ 1800 vòng/phút Máy có kích thước 1600x1800x1025 Năng suất máy ñạt 0,2 ha/giờ

b Máy ñốn gốc mía của Ấn ðộ

Hình 1.3 Máy ñốn gốc mía của Ấn ðộ

1 Cơ cấu treo 2 Hộp số 3 Trục các ñăng 4 Thùng ñựng phân

Máy ñược lắp sau máy kéo, truyền ñộng qua trục thu công suất Máy có rất nhiều chức năng như chặt, xới móc và bón phân giữa hai hàng mía Năng suất ñạt 3,5÷4 ha/ngày ðĩa dao quay với tốc ñộ 750÷800 vòng/phút

c Máy ñốn gốc mía của Trung Quốc

Máy ñược lắp ñằng sau máy kéo truyền ñộng qua trục thu công suất Ngoài bộ phận chặt gốc mía còn có bộ phận chăm sóc

Máy bao gồm khung chính, ñĩa tròn có gắn lưỡi dao cắt, hộp số truyền ñộng và bánh xe ñiều chỉnh ñộ nông sâu Máy chặt ñược một hàng ðĩa dao quay với tốc ñộ 700÷800 vòng/phút

1.3 Tình hình nghiên cứu cơ khí hóa khâu ñốn gốc mía ở trong nước

Ở nước ta công ñoạn chặt gốc mía hầu hết còn ở dạng thủ công với công cụ là dao chặt có chuôi dài, khó chặt sát gốc Theo quan sát ở Tây Ninh, ñoạn gốc còn lại trên luống cao từ 10÷12cm trên mặt ñồng Tỉ lệ hao hụt lên tới 27% Hơn nữa theo yêu cầu nông học ở những ruộng cần lưu gốc mía cần phải ñược chặt ngầm ở dưới ñất, bỏ phần trên chỉ giữ lại phần dưới dài

6÷10cm Bộ rễ gồm từ 3÷5 ñai rễ ñể ñảm bảo mầm mía vụ sau khoẻ mạnh, không chòi gốc cao Một số nơi ñang ứng dụng loại cuốc bàn kiểu nhỏ của Trung Quốc ñể chặt ngầm Một số nơi ở miền Tây Nam Bộ dùng chế thay dao Khi chặt không cần vung tay mà chỉ cần ấn chế vào gốc mía ñể cắt

Nhìn chung là ở các phương pháp trên cho năng suất ñều thấp, tốn sức lao ñộng và không cơ ñộng ðể khắc phục các khó khăn hiện nay nhằm cơ giới hoá từng khâu thu hoạch góp phần phát triển nhanh cây mía nên ñưa ra các hướng trang bị phù hợp với ñiều kiện nước ta

Các nhà khoa học trong nước ñang nghiên cứu và thiết kế chế tạo ra các mẫu máy ñốn gốc mía, góp phần giúp bà con nông dân ñỡ ñần ñi phần nào sức lao ñộng của mình Từ các khâu trồng mía, chăm sóc, bóc lá mía, ñốn gốc mía… các nhà khoa học trong nước cũng ñã khảo nghiệm, thiết kế và ñã ñưa

ra ñược mô hình phục vụ cho sản xuất

Máy chặt gốc mía do viện cơ ñiện thiết kế Về cơ bản cũng giống như máy của Ấn ðộ Máy ñược lắp ñằng sau máy kéo, truyền ñộng qua trục thu công suất Năng suất ñạt 3,5÷4 ha/ngày

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội cũng ñã ñưa ra các mẫu máy ñốn gốc mía làm việc theo hai nguyên lý khác nhau Mẫu thứ nhất có nguyên lý

lưỡi cắt dạng tam giác phẳng dao ñộng lắc quanh một trục biểu diễn trên hình

Hình 1.4 Sơ ñồ nguyên lý máy ñốn gốc mía có lưỡi dao ñộng

1- ðĩa tay quay; 2- Thanh truyền; 3- Lưỡi; 4- Giá (khung)

Mẫu máy ñốn gốc mía có nguyên lý dao lắp lỏng trên rô to nằm ngang

có sơ ñồ biểu diễn ở hình vẽ dưới ñây

Hình 1.5 Sơ ñồ nguyên lý máy ñốn gốc mía có dao lắp lỏng

trên roto nằm ngang

Ưu ñiểm của mẫu máy này là có thể thực hiện công việc ñốn gốc mía ñồng thời của việc băm thái lá mía, có khả năng giảm chi phí lao ñộng có nhược ñiểm là chất lượng cắt chưa tốt, sau khi cắt gốc mía thường bị tước, mặt cắt không ñều còn có thể bị bật gốc mía

ðề tài cấp nhà nước giai ñoạn 2000 – 2005 “ Nghiên cứu chế tạo một

số mẫu máy canh tác cho cây trồng cạn chính “ mã số KC07-11 do PGS.TS

Phạm Văn Tờ chủ trì ñã nghiên cứu chế tạo thành công mẫu máy Bạt gốc mía HUA.BGM-1

Hình 1.6 Máy Bạt gốc mía HUA.BGM-1

Máy ñốn gốc mía loại này dựa trên nguyên lý lưỡi dao cắt ñược lắp trên ñĩa quay gắn trên trục thẳng ñứng với mặt ñường

Cấu tạo của máy gồm 3 bộ phận chính: khung máy, cụm ñĩa dao và cụm bánh xe Dưới ñây là kết cấu các bộ phận chính của máy, hình 1.7 và 1.8

1 3

1- Trục các ñăng; 2- Trục sơ cấp; 3- Ổ lăn; 4- Bánh răng chủ ñộng; 5- Bánh răng bị ñộng; 6- Trục thứ cấp; 7- ðĩa dao

1 2

3 4 5 6

7 8

Hình 1.8 Kết cấu máy bạt gốc mía

1-Dao, 2 ðĩa, 3 Ống bao, 4 Bulông bắt dao 5-Tấm kê dao

6.Trục lưỡi rạch, 7.Lưỡi rạch, 8.Bánh xe, 9 Trục bánh xe

10.Bánh xe, 11.Khung máy, 12.Tay ñiều chỉnh, 13.Thanh treo ngang 14.Thanh treo dọc, 15.Hộp số, 16.Chốt treo dưới, 17 ốp trục lưỡi sới

vẫn chưa ựược ứng dụng rộng rãi trong sản xuất

Trước thực tế muốn cơ khắ hoá cơ khắ khâu ựốn gốc mắa ở nước ta cần nghiên cứu thiết kế chế tạo một mẫu máy ựốn gốc mắa ựảm bảo ựược yêu cầu

kỹ thuật ựốn, ựơn giản, dễ sử dụng, làm việc chắc chắn và giá thành thấp Hướng nghiên cứu của ựề tài là nghiên cứu dựa trên nguyên lý, lý thuyết tắnh toán các thông số và xác ựịnh kết cấu máy hợp lý ựảm bảo các yêu cầu ựặt ra Tắnh toán ựể ựưa ra ựược kết quả các số liệu hợp lý ựể có thể chế tạo ựược mẫu máy hợp lý và có thể ứng dụng trong sản xuất, thu hoạch

Trong tất cả các mẫu trên thì mẫu máy Bạt gốc mắa HUA.BGM-1 có các ưu ựiểm nổi bật như sau:

- đảm bảo ựược yêu cầu kỹ thuật ựốn

- Có kết cấu ựơn giản, dễ sử dụng làm việc chắc chắn và giá thành hạ

- Mẫu máy ựã ựược nghiên cứu kỹ về ựộng học và ựộng lực học

- đã ựược thử nghiệm thành công ựem lại hiệu quả cao

CHƯƠNG II GIỚI THIỆU CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

MÁY BẠT GỐC MÍA HUA.BGM-1

2.1 Các kết quả nghiên cứu ñộng học và ñộng lực học của máy

2.1.1 Kết cấu máy ñốn gốc mía

Máy ñốn gốc mía loại này dựa trên nguyên lý lưỡi dao cắt ñược lắp trên ñĩa quay gắn trên trục thẳng ñứng với mặt ñường Cấu tạo của máy gồm 3 cụm chi tiết chính: khung máy, cụm ñĩa dao và bộ phận truyền ñộng

1 2

3 4 5 6

7 8

Hình 2.1 Kết cấu máy ñốn gốc mía

1-Dao, 2 ðĩa, 3 Ống bao, 4 Bulông bắt dao 5 Tấm kê dao, 6 Trục lưỡi rạch, 7.Lưỡi rạch, 8.Bánh xe, 9 Trục bánh xe, 10 Bánh xe, 11 Khung máy, 12.Tay ñiều chỉnh, 13.Thanh treo ngang, 14.Thanh treo dọc, 15 Hộp số,

34567

16.Chốt treo dưới, 17 ốp trục lưỡi sới, 18 ðầu trục hộp số

Khung máy gồm các tấm thép hình chữ U hàn lại với nhau Kích thước bao là 1140x700x320 Trên khung có làm các giá ñể ñặt hộp bánh răng dẫn ñộng từ trục thu công suất của máy kéo, giá ñặt trục bánh xe, giá ñể liên kết cụm dao cắt, các thanh treo trên, thanh treo giữa

Hình 2.2 Kết cấu khung máy

1 Giá bắt cụm bánh xe, 2 Khung máy, 3 Tai chốt treo,

4 Chốt treo, 5 Thanh treo trên, 6 Thanh treo dưới

Cụm ñĩa dao: Gồm ñĩa dao dạng tròn, trên ñĩa có gắn các dao cắt ðĩa dao ñước lien kết với trục thông qua cụm moayơ ñĩa Trục ñược gối lên hai ổ

lăn và ñược dẫn ñộng từ cụm bánh răng Trục ñược ñặt trong ống bao Dao cắt ñược gắn chặt vào ñĩa dao nghiêng so với phương ñường kính một góc 350

ñể có ñộ trượt khi ñốn gốc mía Thường trên ñĩa lắp 3 dao

7 8

1 2

3

6

5 4

35°

Hình 2.3 Kết cấu bộ phận cắt

1 ðĩa bắt dao 2 Moayơ ñĩa 3 Ổ lăn 4 Trục 5 ống bao

6 Mặt bích ống bao 7 Dao 8 Tấm kê dao Cụm bánh xe: Máy ñốn gốc mía gồm có hai bánh xe ñể ñỡ và di chuyển ñược trên hai rãnh của luống mía Cụm bánh xe gồm có bánh xe, trục bánh xe, giá ñỡ trục, chốt ñiều chính ñộ cao thấp bánh xe

1 1 1 6 9

4

Hình 2.4 Kết cấu cụm bánh xe

1- Vành bánh xe; 2- Moay ơ bánh xe; 3- Trục bánh xe; 4- ðai ốc trục bánh xe; 5- Trục bánh xe; 6- Giá ñỡ; 7- Chốt ñiều chỉnh; 8- ðai ốc; 9- Vít ñiều chỉnh; 10- Tay ñiều chỉnh

2.1.2 Các thông số chính của máy

Chất lượng cắt gốc phụ thuộc và nhiều yếu tố: số dao lắp trên ñĩa, ñường kính ñĩa dao, góc mài của lưỡi, tốc ñộ cắt Chất lượng vết cắt ñánh giá theo tình trạng nhát cắt trên thân gốc mía Qua nghiên cứu cho thấy ñể ñảm bảo chất lượng cắt, các thông số kỹ thuật cần ñạt ñược của máy khi làm việc là:

- Tốc ñộ quay của trục là n = 600 ÷ 800 vòng/phút

- Vận tốc tiến của máy là Vm = 0,8 ÷ 1,5m/s (3 ÷6 km/h)

- Bán kính ñĩa dao cắt là Rd = 220mm

- Chiều dài dao cắt là 150mm

- Số dao lắp trên ñĩa cắt là 3 dao

Hình 2.5 giới thiệu mô hình của mẫu máy

Hình 2.5 Mô hình máy ñốn gốc mía

Hình 2.6 Chất lượng cắt gốc mía 2.2 Những tồn tại cần ñược khắc phục của mẫu máy:

Mẫu máy ñã ñược hội ñồng nghiệm thu cấp nhà nước công nhận và nay ñược nhà nước cho phép nghiên cứu hoàn chỉnh ñể chuyển giao vào sản xuất

Trong quá trình chạy thử nghiệm hoạt ñộng thực tế mẫu máy còn tồn tại các mặt chủ yếu sau ñây:

- Chưa nghiên cứu ñầy ñủ tương quan giữa kết cấu máy với ñiều kiện làm việc thực tế do ñó máy khi làm việc còn bị rung lắc mạnh

- Trục cắt vẫn chưa ñảm bảo ñiều kiện bền, khi làm việc lâu với ñiều kiện làm việc khó khăn như khi mật ñộ gốc mía lớn trục cắt có hiện tượng rạn nứt

- Lưỡi dao nhanh bị mòn

- Mẫu máy mới trong giai ñoạn chế tạo thử sản xuất ñơn chiếc nên chưa

có các biện pháp công nghệ chế tạo hợp lý nên ñộ bền của các chi tiết máy chưa cao

ðể khắc phục nhược ñiểm trên cần phải nghiên cứu tính toán kiểm tra ñộng lực học các bộ phận cắt trên cơ sở ñó lựa chọn các thông số kết cấu của

bộ phận cắt, tính toán ñộ bền cho trục bộ phận cắt ðưa ra các biện pháp công nghệ chế tạo bộ phận cắt

Từ những tồn tại trên của mẫu máy hướng nghiên cứu của ñề tài là:

- Sử dụng một số phương pháp trong Cơ học giải tích, Sức bền vật liệu, Dao ñộng kỹ thuật ñể kiểm tra tính toán các thông số ñộng lực học bộ phận cắt ñể ñưa ra các thông số kết cấu hợp lý bộ phận cắt trên máy bạt gốc mía

- Sử dụng một số phương pháp chế tạo cơ khí như: Công nghệ hàn, công nghệ cắt gọt, công nghệ nhiệt luyện…ñể chế tạo bộ phận cắt máy bạt gốc mía có ñộ chính xác cao, ñộ bền cao ñảm bảo các yêu cầu kỹ thuật

CHƯƠNG III HOÀN THIỆN KẾT CẤU BỘ PHẬN CẮT MÁY BẠT GỐC MÍA HUA.BGM-1

3.1 ðộng lực học bộ phận làm việc của máy – Bài toán dao ñộng

3.1.1 Lựa chọn mô hình tính

Máy bạt gốc mía làm việc trong ñiều kiện ñồng ruộng có tính chất phức tạp: ruộng ñất mấp mô, gốc mía phân bố không ñều, các sản phẩm dư thừa sau thu hoạch như ngọn mía, lá mía gây cản trở ñến chất lượng công việc và năng suất máy ðể ñưa ra ñược mô hình bài toán dao ñộng máy sát với thực tế ñòi hỏi phải có nhiều các nghiên cứu thực nghiệm: Xác ñịnh ñộ mấp mô mặt ñồng, ñặc tính ñàn hồi của ñất, biến thiên lực cắt và mô men cản cắt theo thời gian Trong khuôn khổ cho phép của ñề tài, tác giả xin giới hạn nghiên cứu của mình ở bài toán dao ñộng của ñĩa lắp dao dựa trên các nhận xét và giả thuyết ñể ñơn giản hóa bài toán như sau:

- Khung máy ổn ñịnh, ñầu trên của trục dao cắt nhận truyền ñộng ñều

từ trục thu công suất qua hộp giảm tốc,

- ðặc ñiểm cơ tính của gốc mía và kết quả lực cắt cây mía ñược thừa nhận từ nghiên cứu trước ñây [4],

- Lực cắt và mô men cản cắt chỉ xuất hiện khi dao cắt ñi vào cắt khóm cây và bằng không khi dao cắt ra khỏi phạm vi của khóm cây

Từ ñó mô hình bài toán dao ñộng là bài toán dao ñộng hai bậc tự do trong ñó phần tử dao ñộng là ñĩa cắt và bánh răng ở hai ñầu trục Gọi ϕ1,ϕ2là góc xoắn của ñĩa dao và bánh răng so với hệ toạ ñộ tĩnh thì góc xoắn tương ñối của ñĩa dao so với bánh răng là ϕ = ϕ1− ϕ2 Vì vậy mô hình bài toán dao ñộng của ñĩa cắt ñược ñặt ra là bài toán dao ñộng xoắn cưỡng bức một bậc tự

do có ngàm chịu tác ñộng của lực kích thích biến ñổi tuần hoàn (Hình 3.1) Trong ñó phần tử dao ñộng là ñĩa dao cắt 2 và phần tử ñàn hồi là trục 1

Hình 3.1 Mô hình tính bài toán dao ñộng của ñĩa cắt

Bài toán dao ñộng ñược ñặt ra nhằm tìm và lựa chọn ñược các kích

thước hợp lý của trục (phần tử ñàn hồi) và của ñĩa cắt (phần tử dao ñộng)

ñể dưới tác dụng của lực kích thích (mô men cản cắt) bộ phận cắt làm việc tránh xa ñược vùng ảnh hưởng hoặc hiện tượng dao ñộng xảy ra có ảnh

hưởng thấp nhất có thể tới ñộ bền chi tiết máy (biên ñộ dao ñộng nhỏ, tần

s ố dao ñộng thấp)

Lực kích thích M C

Do tính chất phức tạp của ñiều kiện làm việc nên lực cắt và mô men cản cắt xuất hiện trong quá trình làm việc của máy biến thiên rất phức tạp Tùy theo bề rộng của luống mía và sự phân bố theo bề ngang luống mía của các gốc mía mà cùng một lúc số dao vào cắt gốc khác nhau Tuy nhiên do ñường kính của vòng tròn bao ngoài của lưỡi dao là 0,74m, số dao lắp trên ñĩa

là 3 dao và giả thiết cây mía phân bố theo trong khóm có ñường kính 0,3m thì

số dao vào cắt gốc trong quá trình làm việc là 1 dao Quỹ ñạo của ñầu mút lưỡi dao là ñường xicloit vì vậy miền diện tích quét của dao khi cắt thay ñổi

A,E,l

MC

1

2

từ thời ñiểm vào cắt ñến khi kết thúc quá trình cắt Hình 3.2 mô tả sự biến thiên của lực cắt tác dụng lên dao cắt Hình 3.3 ñơn giản hóa biến thiên của lực cản cắt

cứu [4], hình 3.3 Mô men cản cắt ñược tính toán thông qua lực cắt gốc, ñó cũng là một hàm xung tuần hoàn, hình 3.4

Chọn Fcmax = 0,5655 kN = 565,5 N theo ñề tài trước ñã làm [4]

ðường kính của ñĩa dao là 440mm; chiều dài lưỡi cắt là 150mm

Vậy: l = 150

2

440 + = 370mm = 0,37m Mômen cản do lực Fc gây ra là: Mc = l.Fc

Mômen cản lớn nhất tác dụng lên ñĩa dao là:

M0 = l.Fcmax = 0,37.565,5 = 209,2 (Nm)

Vận tốc tiến của máy là: Vm = 5km/h = 1,4m/s

Khóm mía có ñường kính trung bình là: D = 0,3m

Khoảng cách giữa hai khóm mía kế cận nhau là: L = 0,7m

a)

Vận tốc góc của ñĩa dao là 800(vòng/phút) và trên ñĩa ñược gắn 3 dao cắt bố trí cách ñều nhau

Vậy thời gian tính từ thời ñiểm máy cắt vào cắt khóm mía ñến khi kết thúc là:

ts = D/Vm = 0,3/1,4 = 0,214 (s) Chu kỳ của lực kích thích T là:

T = L/Vm = 0,7/1,4 = 0,5 (s) Khai triển Fourier ta ñược:

MC(t) = a0 + ( cos 2 sin 2 )

1

t T j b t T j

j j

π π

+

=

(3.1) Các hệ số ñược xác ñịnh như sau:

a0 = M dt

T

s

s t

t

∫

− 2

2 0

s

s t

t

)

2 ( cos

2 2 2 0

s

s t

t

) 2 sin(

2 2 2 0

- Các thông số hình học của phần tử ñàn hồi ñược tìm thông qua: r1; r2;l

- Các thông số hình học của phần tử dao ñộng: m; h; Rd

Hình 3.5 Mô hình dao ñộng xoắn hệ một bậc tự do có ngàm

1 Trục ñàn hồi; 2 ðĩa dao cắt Trục có bán kính ngoài r1, bán kính trong r2; trục dài l

Khối lượng riêng của thép là ρ = 7850kg/m3

2

2 2

2

1 r r

4

1 r

r − π

(m4) (3.6) ðĩa lắp dao có bán kính Rd, bề dày ñĩa h

Khối lượng ñĩa: md = π 2 ρ

Jo = Jt + Jd = ( )

2

2 2

2

1 r r

3.1.2 Phương trình vi phân dao ñộng

Hệ dao ñộng là hệ một bậc tự do dao ñộng cưỡng bức không cản Hệ tọa suy rộng ñược chọn là góc xoắn của ñĩa φ

ðộng năng và thế năng của hệ có dạng

c

=

Π (3.10) Thế các biểu thức ñộng năng và thế năng trên vào phương trình Lagrange loại hai

ϕ & (3.11) Với Q* trong trường hợp này là MC(t), phương trình vi phân dao ñộng xoắn của trục có dạng:

I G

2

=

Ω +

= +

j j o

t j a a

J

ϕ ω

ϕ & (*) (3.15) Trong ñó Ω gọi là tần số dao ñộng cưỡng bức:

566 12 5 0

2 2

Nghiệm tổng quát của phương trình vi phân tuyến tính thuần nhất:

φ1 = C1cosω0t + C2sinω0t (3.17) Các hằng số C1, C2 ñược xác ñịnh từ các ñiều kiện ñầu Giả sử khi t = 0 thì góc xoắn giữa ñầu tự do của trục cắt gắn ñĩa cắt và ñầu trên của trục bằng không; vận tốc xoắn tương ñối giữa ñầu tự do và ñầu trên của trục bằng không: φ1(0) = 0, ϕ &1(0) = 0 (rad/s), khi ñó ta có:

C1 = φ(0) = 0, C2 = 0

Nghiệm riêng của phương trình vi phân:

Nghiệm riêng φ* của phương trình (*) ñược tìm dưới dạng:

t j B t osj c A

ϕ & * =∑( −j2 Ω 2A jcosjΩt− j2 Ω 2B jsin jΩt) (3.20)

Thay tất cả vào phương trình (*) rồi ñồng nhất thức 2 vế ta ñược:

A0 =

T J

t

M s

2 0 0

0

ω ; Aj =

T

t j j

J j

o

π ω

) (

.

2

2 2 2 0

0

Ω

− ; Bj = 0 (3.21) Vậy nghiệm riêng của phương trình vi phân dao ñộng, biểu thị dao ñộng cưỡng bức của hệ có dạng:

t osj c T

t j j

J j

M T

=1

2 2 2 0 0

0 2

0 0

0

) (

ω π ω

Nghiệm tổng quát của phương trình vi phân dao ñộng (*):

T

t j j

J j

M T

0 2

0 0

) (

ω π

ω rất gần 0 (một ñại lượng vô cùng bé) hoặc bằng 0 thì Aj ñạt tới giá trị

vô cùng lớn, biên ñộ dao ñộng ñạt tới giá trị rất lớn, khi hiện tượng dao ñộng cộng hưởng xảy ra Nói cách khác, dao ñộng cưỡng bức phát sinh mạnh khi

* Thay ñổi r 1

Các hình 3.3 ñến 3.7 trình bày kết quả về ñồ thị biến thiên góc xoắn của ñĩa cắt tương ứng với các giá trị r1 khác nhau

Hình 3.6 ðồ thị biểu diễn quan hệ giữa góc xoắn φ và lực kích thích M C

theo thời gian t (r 1 = 0,015m; r 2 = 0; l = 0,6m; m = 12kg; R d = 0,22m)

Hình 3.7 ðồ thị biểu diễn quan hệ giữa góc xoắn φ và lực kích thích M C

theo thời gian t (r 1 = 0.02m; r 2 = 0; l = 0,6m; m = 12kg; R d = 0,22m)