Nghiên cứu động học và động lực học cơ cấu cắt hom của máy trồng sắn

Mục đích nghiên cứu của đề tài Nghiên cứu một số thông số động học và động lực học của cơ cấu cắt hom sắn kiểu trục cán trên máy trồng sắn.. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Cây sắn có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới của châu Mỹ Latin (Crantz, 1976) và được trồng cách đây khoảng 5.000 năm (CIAT, 1993) Ở châu Á, khoai mí được du nhập vào Ấn Độ khoảng thế kỷ 17 (P.G Rajendran et al, 1995) và du nhập vào Việt Nam khoảng giữa thế kỷ 18, (Phạm Văn Biên, Hoàng Kim, 1995) [8, 9] Hiện chưa

có tài liệu chắc chắn về nơi trồng và năm trồng đầu tiên ở nước ta

Hiện tại, cây sắn được trồng trên 100 nước của vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới

và là nguồn thực phẩm của hơn 500 triệu người Năm 2006 và 2007, sản lượng sắn thế giới đạt 226,34 triệu tấn củ tươi so với 2005/06 là 211,26 triệu tấn và 1961 là 71,26 triệu tấn Nước có sản lượng sắn nhiều nhất là Nigeria (45,72 triệu tấn), kế đến là Thái Lan (22,58 triệu tấn) và Indonesia (19,92 triệu tấn) Nước có năng suất sắn cao nhất là Ấn Độ (31,43 tấn/ha), kế đến là Thái Lan (21,09 tấn/ha), so với năng suất sắn bính quân của thế giới là 12,16 tấn/ha (FAO, 2008) Việt Nam đứng thứ mười về sản lượng sắn (7,71 triệu tấn) trên thế giới Tại Việt Nam, sắn được canh tác phổ biến ở hầu hết các tỉnh của tám vùng sinh thái Diện tìch sắn trồng nhiều nhất ở Đông Nam Bộ và Tây Nguyên

Trồng sắn bằng máy đã được nhiều nước nghiên cứu rất sớm Điển hính là

Ấn Độ, Brazin, Malaisia, Thái Lan và gần đây nhất là Trung Quốc với 3 hướng cơ giới hóa trồng sắn là liên hợp máy rạch hàng trồng hom cây sắn kết hợp thủ công, liên hợp máy trồng sắn bán tự động và máy trồng sắn tự động (dạng liên hợp máy hoặc máy tự hành) Nhưng cho đến nay chưa thấy có bất kỳ công bố khoa học hay thương mại nào về mẫu máy trồng sắn tự động mà vẫn còn trong các giai đoạn nghiên cứu về nguyên lý, mô hính

Ở liên hợp máy trồng sắn bán tự động gồm có hai loại chình sau là liên hợp máy trồng từ hom sắn bán tự động và liên hợp máy trồng từ thân cây sắn bán tự động (không cần phải chuẩn bị hom trồng) Với liên hợp máy trồng từ hom sắn bán

tự động thực hiện công đoạn trồng sắn trên cơ sở hom đã được chuẩn bị (cắt thân

cây sắn thành hom trồng), còn với liên hợp máy trồng từ thân cây sắn bán tự động thực hiện công đoạn trồng sắn không cần chuẩn bị hom trồng

Trong sản xuất nông nghiệp ở nước ta hiện nay cây sắn là cây lương thực quan trọng thứ ba sau lúa và ngô Hiện nay cây sắn đang có xu hướng tăng cả diện tìch và sản lượng, cạnh tranh với các loại cây trồng khác như lúa, mìa Tuy nhiên cây sắn vẫn là một trong những loại cây trồng có mức độ cơ giới hóa thấp nhất Ngay việc trồng sắn vẫn còn theo lối thủ công theo kiểu rạch hàng, bỏ hom kể cả ở các vùng chuyên canh sắn của cả nước như Đông Nam Bộ, Tây Nguyên, vùng núi

và trung du Bắc Bộ Mặc dù cho đến thời điểm hiện tại đã có nhiều đề tài khoa học các cấp về cơ giới hóa canh tác cây khoai mí, trong đó có 01 đề tài cấp nhà nước về

cơ giới hóa canh tác khoai mí, (thực hiện từ năm 2007 – 2010, nghiệm thu năm 2011) do trường đại học Nông nghiệp Hà Nội là cơ quan chủ trí và TS Hà Đức Thái làm chủ nhiệm đề tài [16] Một trong những sản phẩm khoa học chình của đề tài cấp nhà nước này là máy cắt hom và máy trồng sắn Hai máy cắt hom sắn và máy trồng sắn của đề tài cấp nhà nước nằm chung một hệ thống phục vụ trồng sắn bằng cơ giới hóa Tuy nhiên tất cả các sản phẩm khoa học của đề tài đều không triển khai ứng dụng được vào sản xuất Nguyên nhân chủ yếu là do máy trồng sắn của đề tài thực hiện trồng bằng hom đã cắt sẵn cho năng suất thấp, giá thành trồng cao (thậm chí cao hơn trồng bằng phương pháp cơ giới kết hợp thủ công) khoảng cách giữa các hom trên hàng trồng không đều ví phụ thuộc vào thao tác thả hom của người lao động theo trồng, cường độ của người lao động theo trồng cao, phải đầu tư thêm máy cắt hom mà thời gian sử dụng thấp Ví cùng trong hệ thống máy trồng sắn nên máy cắt hom sắn cũng không thể ứng dụng vào sản xuất

Giống như cây mìa, cây sắn cũng trồng bằng hom, nên có sự giống nhau về nguyên lý làm việc của máy trồng Các điểm khác biệt chình là ở chỗ hom sắn thường dễ bị thương tổn hơn so với hom mìa và yêu cầu nông học có sự khác biết nhau Tuy nhiên ựa vào mẫu máy trồng mìa mà một số quốc gia trên thế giới đã đưa

ra mẫu máy trồng sắn tương tự và ứng dụng có hiệu quả vào sản xuất Nhờ sử dụng máy trồng mìa bán tự động trồng sắn thẳng từ nguyên liệu cây hom không qua cắt

hom trồng trước đã góp phần gia tăng năng suất, sản lượng, giảm chi phì canh tác, giá thành sắn

Điểm đặc biệt đối với máy trồng bằng hom cứng như cây mìa và cây sắn là

cơ cấu cắt hom trồng Nhiệm vụ của cơ cấu cắt hom không chỉ đảm bảo độ dài hom trồng, hom không bị dập nát mà còn đảm bảo khoảng cách giữa các hom trồng trên hàng theo quy định Quá trính làm việc, hom trồng được cắt và rải tự động xuống rãnh trồng Cơ cấu cắt hom trồng cho mìa và sắn theo nguyên lý cắt kiểu trục cán Nguyên lý cắt này mới chỉ ứng dụng trong một số ngành hẹp về sản xuất thực phẩm

để cắt bánh kẹo, thực vật Ví vậy lý thuyết cắt kiểu trục cán chưa được nghiên cứu đầy đủ Do đó trong quá trính thiết kế, chế tạo máy trồng sắn (hay mìa) từ nguyên liệu cây hom, các cán bộ và chuyên gia kỹ thuật thiếu cơ sở khoa học khi xác định các thông số làm việc cho cơ cấu cắt hom nhằm đảm bảo đầy đủ các yêu cầu nông học về hom trồng Điều này có thể dẫn đến hiện tượng hom cắt không đứt, chiều dài hom không đảm bảo, hom bị dập nát không chỉ tiết diện cắt mà có khi trên cả thân hom, truyền động cho cơ cấu cắt không hợp lý Ví vậy việc nghiên cứu động học và động lực học cơ cấu cắt hom sắn của máy trồng sắn có tình cấp thiết, mang tình thời

sự, có ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn cao Đây là cơ sở khoa học để thiết kế

cơ cấu cắt hom nói riêng và máy trống sắn nói chung

Được sự chấp thuận của khoa Sau đại học, Ban Giám hiệu trường đại học Lâm nghiệp Hà Nội và dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Trần Thị Thanh, tôi xin thực hiện đề tài:

“Nghiên cứu động học và động lực học cơ cấu cắt hom sắn của máy trồng sắn”

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu một số thông số động học và động lực học của cơ cấu cắt hom sắn kiểu trục cán trên máy trồng sắn

3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là cơ cấu cắt hom sắn kiểu trục cán

Phạm vi nghiên cứu về quá trính động học và động lực học cơ cấu cắt hom sắn kiểu trục cán

4 Phương pháp nghiên cứu

Áp dụng các phương pháp điều tra thống kê, tra cứu tài liệu để nghiên cứu phần nội dung tổng luận và cơ sở lý luận của đề tài

Áp dụng phương pháp giải tìch toán học, cơ học giải tìch khi nghiên cứu động học và động lực học cơ cấu cắt kiểu trục cán

Áp dụng phương pháp QHTN trong việc xây dựng hàm mục tiêu

Các thông số TƯH được xác định bằng tối ưu hóa mô hính toán học mô tả hàm mục tiêu Quá trình tính toán TƯH được tiến hành trên máy tình điện tử bằng phần mềm của các tác giả Nguyễn Như Nam, Trần Thị Thanh, Nguyễn Trì Tấn (1998) và kiểm tra lại bằng thực nghiệm

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

 Ý nghĩa khoa học của đề tài là:

Bổ sung phát triển lý thuyết tình toán cơ cấu cắt kiểu trục cán chưa được đề cập ở trong nước, mặc dù cơ cấu này đã bắt đầu được ứng dụng trong một số máy móc nông nghiệp như máy trồng sắn, máy trồng mìa, máy cắt bánh kẹo, cắt bún, …

 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài là:

Kết quả nghiên cứu được sử dụng làm cơ sở tình toán thiết kế cơ cấu cắt thân thực vật kiểu trục cán và lựa chọn chế độ làm việc tối ưu cho cơ cấu cắt

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng luận các công trình đã công bố về vấn đề nghiên cứu

1.1.1 Tổng luận các kết quả nghiên cứu ngoài nước

Cũng như ở Việt Nam, khi chưa có máy trồng sắn, việc cắt hom sắn làm hom trồng được thực hiện bằng thủ công (hính 1.1) Việc cắt hom bằng dao thủ công cho năng suất thấp, người lao động tốn nhiều sức, chiều dài hom không đồng đều, dao cùn hay tấm kê không tốt có thể làm dập hom làm ảnh hưởng đến sinh trường và phát triển của cây sắn sau này Cắt hom sắn bàng dao thủ công phù hợp với phương thức trồng sắn bằng thủ công hay trồng sắn kiểu cơ giới hóa kết hợp thủ công Trong đó công việc cơ giới hóa khi trồng chỉ là rạch hàng tạo rãnh, còn lại bằng lao động thủ công

Hình 1.1 Cắt hom khoai sắn bằng thủ công của nông dân ở Thái Lan

Từ nhu cầu trồng sắn tập trung hoặc khi sử dụng máy trồng sắn từ hom bán tự động, nên có yêu cầu cung cấp khối lượng hom lớn thí công tác cắt hom bằng thủ công không thìch hợp Từ nhu cầu này làm xuất hiện các máy cắt hom sắn

Là Quốc gia đứng hàng thứ hai trên thế giới cả về năng suất lẫn sản lượng sắn, Thái Lan đã nghiên cứu thiết kế, chế tạo các máy cắt hom để phục vụ cho việc trồng sắn ở các vùng chuyên canh Hính 1.2 trính bày cấu tạo máy cắt hom sắn của Thái Lan [6] Cấu tạo của máy gồm có khung máy, trên đó lắp đĩa cắt, đĩa đỡ hom,

ống nạp hom và ống thoát hom, trục cắt, trục cam, cơ cấu cam Động cơ truyền động cho cơ cấu cam có công suất 0,37 kW, còn cho đĩa cắt có công suất 0,75 kW

Bộ phận cắt sử dụng nguyên lý cắt bằng “đĩa cưa”, khi cắt thực hiện hai chuyển động là chuyển động quay tròn và chuyển động tịnh tiến Đĩa cắt quay với vận tốc

từ 1.200 † 1.700 vg/ph Thân sắn được thả vào ống nạp và được chặn lại bởi đĩa đỡ

và được cắt bằng đĩa cắt Cơ cấu cam làm nhiệm vụ điều khiển số lần cắt của đĩa cắt Máy thực hiện cắt hom với độ dài từ 150 † 300 mm, năng suất đạt 5.000 hom/h gấp nhiều lần so với thủ công Máy cắt hom của Thái Lan còn một số tồn tại như trầy xước đầu hom do cắt bằng lưỡi cưa hay dễ vỡ đầu hom do không có bộ phận giữ hom, làm thân cây sắn quay lung tung trong quá trính cắt

Hình 1.2 Máy cắt hom sắn của Thái Lan

a Sơ đồ truyền động; b.Máy cắt hom sắn

1.Động cơ truyền động cho cơ cấu cam; 2 Cơ cấu cam; 3 Trục đĩa cắt;

4 Phễu cấp liệu;5 Đĩa cắt; 6 Đĩa phía dưới;

7.Động cơ truyền động cho đĩa cắt; 8.Trục cam

(Theo Development of a Stem Cutting Unit for a Cassaca Planter, J, Lungkapin,

V.M Solokhe, R Kalsirilp and H Nakashima, 2007)

Hính 1.3 giới thiệu máy cắt hom sắn của Malaysia [6].Cấu tạo máy gồm 7 đĩa cắt sang đĩa răng cưa (cũng như của Thái Lan), hai bộ truyền động xìch có gắn tay gạt làm nhiệm vụ như một băng chuyền gạt thân cây sắn về phìa đĩa cắt Hệ

thống kẹp cây khi cắt bao gồm phần kẹp và tay kẹp Tay kẹp quay quanh trục và ép thân cây khoai mì vào lưỡi dao khi cây khoai mí trên băng truyền di chuyển đến đĩa cắt Các bộ phận cắt được truyền động từ động cơ xăng công suất nhỏ Khoảng cách hai đĩa cưa kề nhau bằng chiều dài hom sắn được cắt

Hình 1.3 Máy cắt hom sắn của Malayxia

(Theo Mechanization Possibilites for Cassava Production Malaysia H Md Akhir

and A, B Sukra)

Máy cắt hom sắn của Malayxia có nguyên lý làm việc như sau: Cây sắn được đặt trên băng chuyền sẽ được chuyển đến gần phìa bộ phận cắt để lưỡi cưa quay cắt câysắn Hom sắn rơi xuống máng nghiêng và rơi vào thùng chứa hom Với 7 đĩa dao cắt, máy cắt hom cắt đồng thời 6 hom và loại bỏ phần ngọn và gốc thân cây Năng suất máy đạt 3.300 hm/h Mấu máy cắt hom khoai mì của Malaixia khá giống

về cấu tạo và nguyên lý máy cắt hom mìa của đề tài cấp Thành phố Hồ Chí Minh do

TS Phan Hiếu Hiền và ThS Trần Văn Khanh (trường đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chì Minh) chủ trí Giá chào hàng máy cắt hom sắn của Malaixia là 1.316 USD Máy cắt hom khoai mì của Malayxia chế tạo còn những tồn tại như máy cắt hom sắn do Thái Lan chế tạo là hom sắn rơi xuống không được xếp theo trật tự đầu đuôi

Ngoài các máy cắt hom sắn theo nguyên lý cưa đĩa kể trên còn cơ cấu cắt hom sắn trên các máy trồng sắn từ nguyên liệu cây hom Sự ra đời của máy trồng sắn này đã chiếm toàn bộ thị trường trồng sắn hiện nay của các nước phát triển và chấm dứt hoạt động của các loại máy trồng sắn phải cắt hom trước và người lao

động phải thả bằng tay xuống rãnh trồng như các máy trồng sắn từ hom của Malaysia (hình 1.4), Nigeria (hình 1.5), Braxin (hình 1.6) [6],…

Hình 1.7 Máy trồng sắn bán tự động 2 hàng từ nguyên liệu cây hom của Braxin Mặc dù nghiên cứu muộn hơn, nhưng năm 2012, Trung Quốc đã đưa ra thị trường 2 mẫu máy trồng sắn bán tự động 2 hàng từ nguyên liệu cây homlà 2BMSU (hính 1.8) và 2ABMSU (hính 1.9) [6] để thương mại hóa và xuất khẩu Công ty TNHH Thiết Bị Tân An Phát (Hà Nội ) đã nhập khẩu và thương mại mẫu máy 2BMSU với giá bán 12.000 USD

Hình 1.8 Máy trồng sắn hai hàng bán tự độngtừ nguyên liệu cây hom 2BMSU

Hình 1.9 Máy trồng sắn hai hàng bán tự động từ nguyên liệu cây hom 2AMSU

Ngoài ra tập đoàn công nghiệp Sheng Qian, Thượng Hải, Trung Quốc cũng

đã giới thiệu 2 mẫu máy trồng sắn hai hàng bán tự động từ nguyên liệu cây hom model : SQTP01 và SQTP02 (hình 1.10) [6]

Hình 1.10 Máy trồng sắn bán tự động từ nguyên liệu cây hom của

tập đoàn công nghiệp Sheng Qian, Thượng Hải, Trung Quốc

a) model SQTP01; b) model SQTP02

Với sự phát triển phong phú các mẫu máy trồng sắn bán tự động từ nguyên liệu cây hom cho thấy khả năng chiếm lĩnh thị trường trồng sắn của loại máy này Qua đó cũng thấy cơ cấu cắt hom kiểu trục cán trên các máy trồng này có vai trò quan trọng trong việc quyết định chất lượng trồng sắn

1.1.2 Tổng luận các kết quả nghiên cứu trong nước

Cho đến những năm 2010, việc trồng sắn ở trong nước dù tập trung hay rải rắc chủ yếu vẫn là thủ công kết hợp cơ giới hóa cho khâu rạch hàng Ví vậy, việc cắt hom sắn vẫn hoàn toàn bằng thủ công Phương pháp trồng sắn bằng máy rạch hàng trồng kết hợp thủ công cho chi phì lao động cao tới 15 ÷17 công/ha, chi phí trồng từ 3.000.000 †4.000.000 đồng/ha

Năm 2010 TS Hà Đức Thái (là chủ nhiệm) cùng với tập thể cán bộ giảng dạy khoa Cơ Điện trường đại học Nông nghiệp Hà Nội thực hiện đề tài cấp nhà nước mã số KC.07/06-10: “Nghiên cứu lựa chọn công nghệ, thiết kế, chế tạo các máy để cơ giới hóa canh tác và thu hoạch sắn ở vùng sản xuất tập trung ”[16]

Trong số sản phẩm khoa học chình của đề tài có máy trồng sắn từ hom đã cắt và máy cắt hom sắn Như vậy so với thế giới, chúng ta đã “sau” hơn bốn mươi năm Các nội dung khoa học của đề tài đều theo hướng thiết kế, chế tạo chép mẫu và thực hiện khảo nghiệm, không có bất cứ công bố nào mới về mô hính, nguyên lý hay phát triển Ví vậy mô hính cơ giới hóa này có đầy đủ các nhược điểm như của nước ngoài, thâm chì còn có thêm những tồn tại do trính độ sản xuất cơ khì trong nước còn thấp kém Chình ví vậy mặc dù đã được nghiệm thu đạt loại khá vào năm 2010, nhưng tất cả các sản phẩm của đề tàitrong đó có liên hợp máy trồng sắn bán tự động

từ hom (hính 1.11) không được triển khai ứng dụng dù chỉ là 1 đơn vị máy, hay nói khác hơn các kết quả nghiên cứu không được sản xuất quan tâm

Hình 1.11 Máy trồng hom sắn của đề tài cấp nhà nước mã số KC.07/06-10

Hình 1.12 Máy cắt hom sắn của đề tài

khoa học cấp nhà nước mã số KC.07/06-10

Dựa trên các mẫu máy cắt sắn của nước ngoài, TS Hà Đức Thái cùng các cộng sự (2010) đã thiết kế, chế tạo máy cắt hom sắn trong đề tài mã số KC.07/06-10

(hính 1.12) Như phân tìch ở hai mẫu máy cắt hom sắn của nước ngoài đã nêu, mẫu máy cắt hom sắn của TS Hà Đức Thái cũng có những tồn tại tương tự không thể khắc phục được

Từ sự giống nhau về hom trồng giữa cây khoai mí và cây mìa cả về kìch thước, lẫn cách trồng nên sau khi “giải mã ” mẫu máy trồng mìa từ thân cây mìa mà

Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Tây Ninh nhập của Thái Lan theo “Chương trính Mìa Đường ” với Thành phố Hồ Chì Minh, anh Trần Quốc Hải (tỉnh Tây Ninh) đã chế tạo chép mẫu để thử nghiệm trồng sắn từ nguyên liệu cây hom (hính 1.13) [6] Đây là mẫu máy trồng sắn có cơ cấu cắt hom kiểu trục cán

Hình 1.13 Máy trồng sắn

bán tự động từ nguyên liệu cây hom do anh Trần Quốc Hải chế tạo “giải mã ” theo máy trồng mìa của Thái Lan

Tồn tại của máy trồng sắn bán tự động từ nguyên liệu cây hom của tác giả Trần Quốc Hải là mẫu máy được chế tạo thông qua “giải mã” máy trồng mìa nên tất

cả các thông số hính học, động học, động lực học và kết cấu của máy không phù hợp Đặc biệt là hom sắn đôi khi cắt không hế, tổn thương hom cắt cao Bên cạnh

đó, các thông số kỹ thuật của máy công bố không có kiểm chứng khoa học hay cơ quan quản lý thẩm quyền nên mâu thuẫn giữa khả năng và kết quả như năng suất, chi phì nhiên liệu, giá thành sản xuất… Đây cũng là những tồn tại vốn có của các đề tài “tự phát” dạng sáng kiến cải tiến kỹ thuật

Năm 2014, ThS Nguyễn Thị Kiều Hạnh cùng với TS Nguyễn Như Nam, trường đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chì Minh thực hiện đề tài nghiên cứu

khoa học cấp Thành phồ Hồ Chì Minh: “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy trồng khoai mì 2 hàng MTM – 2” [6]

Hình 1.14 Máy trồng sắn bán tự động MTM – 2 từ nguyên liệu cây hom của các

tác giả Nguyễn Thị Kiều Hạnh và Nguyễn Như Nam

Máy trồng sắn của đề tài cũng là máy trồng sắn bán tự động từ nguyên liệu cây hom đạt được các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật tương tự như mẫu máy nước ngoài Hiện máy đã được chuyển giao cho tỉnh Phú Yên để triển khai ứng dụng vào sản xuất

1.2 Cơ sở lý luận của vấn đề nghiên cứu

1.2.1 Cơ cấu cắt hom sắn

1.2.1.1 Cấu tạo

Hính 1.15 Cơ cấu cắt hom sắn trên máy trồng sắn từ nguyên liệu cây hom

1 Trống dao cắt trái; 2 Trống dao cắt phải; 3 Dao cắt; 4.Ống cao su;

5 Cây sắn giống

Cơ cấu cắt hom sắn kiểu trục cán gồm hai trống quay trên mỗi trống có lắp các dao theo phương hướng kình cách đều nhau Các dao của hai trống lắp xen kẽ nhau khi vào cắt Giữa các dao trên mỗi trống là các ống cao su lắp song song với trục trống với hướng đàn hồi tốt theo phương bán kình Khoảng cách giữa các dao theo chu vi trống tương đương với chiều dài hom mìa cần cắt Các trống dao có đường kinh bằng nhau được truyền động cho nhau bằng bộ truyền bánh răng trụ có

tỉ số truyền bằng 1 Sơ đồ động học của cơ cấu cắt hom sắn theo nguyên lý trục cán

được trính bày hính 1.15

1.2.1.2 Hoạt động

Cây sắn giống được cấp liệu bằng ta vào ống định hướng hom Khi các trống dao quay, các ống cao su (có thể là tấm cao su cuốn cong thành cung tròn) sẽ ép vào cây hom để tạo lên lực ma sát cùng với trọng lực của cây hom để kéo cây hom vào cắt Các dao cắt thực hiện cắt theo nguyên lý trục cán, dao vừa làm nhiệm vụ cắt vừa làm nhiệm vụ tấm kê Chiều dài hom sắn cắt đúng bằng chuyển động của cây hom trong khoảng thời gian quay giữa hai dao của trống dao

1.2.1.3 Động học cơ cấu cắt hom kiểu trục cán

Cơ cấu cắt hom kiểu trục cán đã được H E Резник (1964, 1975) [31, 32] hệ thống hóa thành lý thuyết cắt kiểu trục cán áp dụng cho việc cắt các vật liệu thực vật có thân cứng như thân cây ngô, cây gỗ và cắt các sản phẩm thực phẩm với vật liệu cắt chuyển động theo phương nằm ngang Trong đó nội dung nghiên cứu chỉ giới hạn ở phần động học Dựa vào lý thuyết cắt kiểu trục cán của H E Резник (1964), Phan Quốc Hùng (2014) [7] và Phạm Trường Sơn (2015) [23] đã áp dụng

để nghiên cứu động học bộ phận cắt thân cây sắn làm hom trồng cho máy trồng sắn MTM – 2 Đề tài đã chọn kết quả nghiên cứu của các tác giả H E Резник (1964, 1975) [31, 32], Phan Quốc Hùng (2014) [7] và Phạm Trường Sơn (2015) [23] làm

cơ sở lý thuyết khi nghiên cứu động học cơ cấu cắt hom sắn kiểu trục cán

a) Sơ đồ động học cơ cấu cắt hom sắn kiểu trục cán

Sơ đồ động học của cơ cấu cắt hom sắn kiểu trục cán trính bày như hính 1.16 Cặp dao 1 của hai trống cắt quay cùng với vận tốc góc  sẽ kẹp cây hom 2,

sau đó ép và kéo chúng cho đến khi cặp dao 1 trên hai trống gặp nhau Sau khi đã cắt đứt hom, các dao vẫn tiếp tục quay và đỡ cây hom, còn đoạn hom đã được cắt thí rơi xuống máng dẫn để xuống rãnh trồng

Hình 1.16 Sơ đồ động học cơ cấu cắt hom sắn trên máy trồng sắn MTM – 2

b) Xây dựng phương trình quỹ đạo chuyển động tuyệt đối của lưỡi dao cắt

Chọn hệ trục tọa độ như hính (1.16)

O1 và O2 lần lượt là tâm trục quay trống trái (trống 1) và trống phải (trống 2) Theo hệ tọa độ đã chọn ta có:

Tọa độ O1 là: O1 { –R + (s/2), e} (1.1) Tọa độ O2 là: O2 { R + (s/2), –e} (1.2) Khi làm việc cạnh sắc của lưỡi dao trống 1 quay quanh đường tròn tâm O1bán kình R Ví vậy phương trính quỹ đạo của 1 điểm trên cạnh sắc lưỡi dao của trống 1 là phương trính đường tròn tâm quay O1, bán kính R Theo “ Giải tìch toán học” [11], phương trính quỹ đạo của 1 điểm trên cạnh sắc lưỡi dao của trống 1 Trong hệ tọa độ x0y đã chọn là:

2 2

2

Re)(y2

sR

2 2

2

Re)(y2

sR

2 2

2

Re)(y2

sR

Trong đó: R – bán kình tình đến cạnh sắc lưỡi dao;

s – độ chập của cặp dao cắt trên hai trống dao;

e – khoảng sai tâm dao cắt

Các phương trính (1.3) và (1.4) chính là các phương trính quỹ đạo chuyển

động tuyệt đối của lưỡi dao cắt

c) Điều kiện cắt đứt hom sắn

Điều kiện cắt đứt hom sắn cắt là yêu cầu quyết định cho cơ cấu cắt hom của máy trồng sắn từ nguyên liệu cây hom Thân cây hom sắn được cắt đứt nếu có độ chập của dao cắt s hay s  0

Theo sơ đồ động học cơ cấu cắt hom kiểu trục cán (hính 1.16) thí độ chập

s là một đại lượng phụ thuộc vào các tham số của dao cắt và vị trì tương hỗ của cặp dao cắt trên hai trống dao cắt Ta xác định s theo mối quan hệ hính học theo sơ đồ ở hình 1.16:

babc

Trong đó:  – góc mài dao, [độ]

Bởi ví ab = 2e (e là tâm sai của dao tương ứng với trục của trống dao cắt) và

δ2.e

Như vậy điều kiện cho thân cây hom được cắt đứt, các thông thông số kết cấu của cơ cấu cắt hom sắn kiểu trục cán phải thỏa điều kiện:

 



tancos

δ2.e

Trong đó: e – tâm sai của dao, [mm];

 – góc mài dao, [độ];

 – khe hở giữa các dao, [mm]

d) Phương trình chuyển động của lưỡi dao lên trên thân cây sắn cắt hom

Chuyển động của quỹ đạo lưỡi dao lên trên thân cây sắn cắt hom mô tả như hình (1.17)

Hình 1.17 Quỹ đạo cạnh sắc lưỡi dao của cơ cấu cắt hom sắn

Xét hai trống dao cắt trái và phải cùng quay với vận tốc góc  Thời điểm lưỡi dao gặp thân cây hom, góc quay của các trống dao là  = 0 Vì dao quay cùng với trống theo bán kình R nên cạnh sắc của dao cắt có vận tốc vòng vT = .R Phân tìch vận tốc vòng vT theo hai thành phần tọa độ x0y là vcatx và vcaty ta có:

vcatx = vT.sin; vcaty = vT.cos (1.9)

Trong đó:  – góc quay của dao trái và dao phải, [rad]

Thành phần vận tốc vcatx đặc trưng cho vận tốc của lưỡi dao theo phương ngang đi vào thân cây hom sắn cắt, còn thành phần vận tốc vcaty đặc trưng cho vận tốc dịch chuyển của thân cây hom sắn theo hướng trục y

Rõ ràng là chiều dài hom sắn được cắt phụ thuộc vào tốc độ cung cấp thân cây hom sắn vC Từ sơ đồ động học của cơ cấu cắt kiểu trục cán (hính 3.1) cho thấy, chiều dài hom sắn ngắn nhất nếu tốc độ cung cấp bé hơn tốc độ thành phần vynghĩa là vc  vy và chiều dài hom mí lớn nhất nếu tốc độ cung cấp lớn hơn tốc độ thành phần vy hay vc  vy Khi các cặp dao cắt chưa tiến hành cắt hom, trong trường hợp này nếu thân cây hom được các cặp ống cao su của hai trống dao cắt ép vào, tạo

ra lực ma sát đủ lớn thắng được trọng lực của thân cây hom cắt hom thí vận tốc cung cấp vc bằng vận tốc tiép tuyến của trống dao tại điểm tiếp xúc giữa bề mặt ống cao su với thân cây sắn cắt Ngược lại, nếu lực ma sát tạo ra bởi lực ép từ các cặp ống cao su của trống dao cắt không có hay nhỏ hơn trọng lực của thân cây hom đang cắt thí vận tốc cung cấp vc lớn nhất bằng vận tốc thân cây hom rơi tự do

Để xác định các quỹ đạo và tốc độ chuyển động của cạnh sắc lưỡi dao trên thân cây hom, chúng ta quan niệm rằng các dao cắt theo từng cặp đôi một Khi đó quỹ đạo của lưỡi dao cắt trên thân cây hom cắt sẽ có dạng xicloit kéo dài như hính 1.17 Theo [19] (1977), phương trính quỹ đạo lưỡi dao cắt trên thân cây hom cắt dạng tham số trong hệ trục tọa độ cố định x0y đã chọn là:

r

y

.t r

ω.t)R.sin(

x

0

0

(1.10)

Trong đó: R – bán kình tình đến cạnh sắc lưỡi dao, [m];

0 – góc quay của trống dao khi lưỡi dao gặp thân cây hom, [rad];

t – thời gian trống dao quay, [s];

r – bán kình vòng tròn cùng tâm trống cắt trượt trên thân cây hom cắt,

2

sdR

r  

, [m];

d – đường kình thân cây hom cắt, [m];

s – khoảng chập cần thiết của dao cắt để đảm bảo hom sắn được cắt đứt, [m]

Như vậy quỹ đạo lưỡi dao cắt của trống dao trên thân cây mí cắt hom sẽ là đoạn cung xicloit từ 0 đến C

Phương trính quỹ đạo lưỡi dao cắt của trống dao trái có dạng tương tự như phương trính của quỹ đạo lưỡi dao cắt của trống dao phải

e) Khảo sát phương trình chuyển động của quỹ đạo lưỡi dao lên trên thân cây sắn cắt hom

Gọi tốc độ chuyển động vào thân cây mí cắt của cạnh sắc lưỡi dao là vcat Hướng của tốc độ vcat trùng với hướng chuyển động của thân cây mí cắt và được xác định bằng vận tốc tiếp tuyến với quỹ đạo cạnh sắc của lưỡi dao cắt trên thân cây

mí Về giá trị, tốc độ cắt vcat bằng đạo hàm quãng đường dịch chuyển của lưỡi dao cắt theo thời gian, nghĩa là:

2 caty

2 catx v

vdt

2 cat ω R 2.R.r.cos( ω.t) r

0

R

r1sin

;R

r

Từ công thức (1.12) và (1.13), biểu thức (1.14) có thể viết dưới dạng:

r t)]

.sin(

r R t) ( 2.r.[r.cos R

ω.

1 r

.t) sin(

r R 2.

.t) ( 2.cos r R ω.

v

2 2 2

2 cat

Biểu thức đã biết chứng tỏ rằng nếu tăng tốc độ góc , bán kính theo vòng

tròn cạnh sắc lưỡi dao R, đường kình cây hom cắt d, độ chập của dao cắt giữa hai

trống s thí tốc độ cắt vcat sẽ tăng theo Tốc độ cắt vcat thay đổi cùng với góc quay của

dao (.t).Góc quay(.t) thay đổi từ giá trị 0 là thời điểm cạnh sắc lưỡi dao tiếp xúc

với thân cây hom cắt tương ứng với điểm O đến 0 là thời điểm kết thúc quá trính

cắt hom tương ứng với điểm C

Từ biểu thức (1.17) cho thấy với , R, r cố định, giá trị của vcat trong khoảng

cắt hom từ điểm 0 đến điểm C chỉ phụ thuộc vào giá trị của biểu thức cos(0 – .t)

Nếu trong khoảng xét giá trị biểu thức cos(0 – .t) đạt giá trị cực đại thí vận tốc

cắt vcat cực tiểu và ngược lại Để nghiên cứu cực trị và biến thiên của hàm z đặt z =

cos(0 – .t) Ta có:

ω.t) ω.sin(

dt

dz

Cho z  0, ta được sin(0 – .t) = 0, hay 0 = .t

Lập bảng biến thiên để khảo sát hàm z trính bày như bảng 1.1

Từ bảng biến thiên ta có biểu thức cos(0 – .t) đạt giá trị cực đại bằng 1 khi

0 = .t và cực tiểu bằng cos0 khi .t = 0

Ví vậy giá trị lớn nhất của vận tốc cắt vcat đạt được khi .t = 0:

(dω

rRω

Giá trị bé nhất của vận tốc cắt vcat đạt được khi .t = 0:

2

sdω

r)ω.(R

Theo công thức của hàm số sin:

sin(0 – .t) = sin0.cos(.t) – cos0.sin(.t)

và biểu thức (1.16) thí biểu thức (1.12) được tình lại là:

.t)r.sin(

.t)(.cosrRω

rRω

cos

cat

cat x cat   



Tiếp theo, vào thời điểm đầu tiên bắt đầu cắt thành phần vận tốc cắt nằm ngang vcat x có giá trị và chiều bằng với vận tốc cắt, nghĩa là vcat = vcat x = vcat max Khi .t = 0, vcat x = 0, còn thành phần vận tốc cắt thẳng đứng tình theo công thức (1.13) là:

r)(Rω

Phân tìch các phương trính (1.21), (1.22), (1.23) cho thấy rằng, thành phần vận tốc cắt vcaty không phụ thuộc vào đường kình trống cắt (đường kình tình đến cạnh sắc lưỡi dao cắt) có hướng dọc theo chuyển động của thân cây hom cắt tạo điều kiện chẻ dọc theo lớp xơ của thân cây hom cắt

Tại điểm C thành phần vận tốc cắt thẳng đứng đạt giá trị lớn nhất Để giảm

vcaty, cần thiết tạo điều kiện như sau: vcatx = 0, vcaty = vcat =

2

sd

ω 

và .t = 0 Trước đó thí .t  0, có vcat x  0 Điều này chỉ có thể xảy ra khi giữa các cặp dao cắt hom của hai trống cắt có độ chập s, nghĩa là s 0

1.2.2 L‎ý thuyết cắt bằng lưỡi dao

a.Cắt bằng dập; b.Cắt bằng dao; c Cắt bằng thái (cắt bằng lưỡi dao)

Ở dạng cắt bằng dập (hính 1.18a), chày dập 2 dịch chuyển dưới tác động của lực P theo hướng đi qua lớp vật liệu cắt 2, sát và thẳng góc với bề mặt tấm kê 3

Ở dạng cắt bằng dao (hính 1.18b), dao cắt 2 dưới tác động của lực P sẽ cắt vật liệu thành những phôi nhỏ 4 sát với bề mặt cắt

Ở dạng cắt bằng thái (hính 1.18c), lưỡi dao cắt 2 dưới tác động của lực P sẽ thực hiện cắt vật liệu bằng lưỡi dao phân theo hai mặt bên của lưỡi dao

b) Quá trình cắt

Các quá trính công nghệ áp dụng cắt bằng dao như hính 1.19 [39]

Đột Cắt đột

Khuôn Gọt, cắt Bào gỗ Phay Cưa

Xọc Mài Băm

Xẻ Cắt Cắt thái bằng lưỡi dao Xén

Cắt thái Hình 1.19 Các quá trính công nghệ cắt vật liệu

Quá trính cắt theo phương pháp đột dập thường áp dụng trong các quá trính công nghệ cắt vật liệu của các ngành sản xuất công nghiệp cho đối tượng vật liệu cắt có cấu trúc đặc, liên tục, như nhau về mọi hướng như kim loại và một số vật liệu phi kim loại

Quá trính cắt theo phương pháp cắt bằng dao thường áp dụng trong các quá trính công nghệ cắt trong các ngành sản xuất nông nghiệp, chế biến thực phẩm với các đối tượng chủ yếu có nguồn gốc thực vật thuộc loại có cấu trúc đặc, cứng, mức

độ đàn hồi thấp kể cả khi ở dạng khối như củ quả, thân cây mìa, tre, nứa, gỗ Khi cắt bằng dao thường áp dụng nguyên lý cắt thái chặt bổ, không trượt, có hoặc không có tấm kê Quá trính cắt không có thái (trượt lưỡi dao lên vật liệu)

Quá trính cắt theo phương pháp cắt thái bằng lưỡi dao thường áp dụng trong các quá trính công nghệ cắt thái cho các đối tượng có cấu trúc sơ, mềm, có tình đàn

hồi cao như các loại rau, cỏ, rơm, sản phẩm động vật Khi cắt thái bằng lưỡi dao thường áp dụng nguyên lý cắt thái có trượt và ấm kê

Như vậy cắt bằng dao là dạng cắt cắt hom mìa phù hợp là

Các biểu đồ phản lực cắt như hính 1.20 [39]

1

a) b) c) Hình 1.20 Các biểu đồ phản lực cắt

a Cắt bằng dập; b.Cắt bằng dao; c Cắt bằng thái (cắt bằng lưỡi dao)

Ở dạng cắt bằng dập (hình 1.20a), biểu đồ có dạng tuyến tình Phản lực lớn nhất ở vị trì 1 là cạnh dao về phìa trong sát bề mặt tấm kê, còn phản lực bé nhất ở vị trì 2 là cạnh dao nhưng về phìa ngoài Ở dạng cắt bằng dao (hính 1.20b), biểu đồ có dạng cong bậc II Phản lực lớn nhất ở vị trì 2 nằm trong khoảng giữa của dao, ở vị trì cạnh sắc dao 1 có giá trị trung bính và nhỏ nhất nằm ở cạnh dao nhưng về phía ngoài Ở dạng cắt bằng thái (hính 1.20c), biểu đồ có dạng cong bậc II đối xứng qua tâm dao Phản lực lớn nhất ở vị trì 2 nằm trong khoảng giữa của dao, ở các vị trì cạnh ngoài cùng tiếp xúc giữa bề mặt dao với vật liệu cắt có giá trị bé nhất

1.2.2.2 Lực tác động lên lưỡi dao cắt

Quá trính lưỡi dao cắt lớp vật liệu có chiều dày h (hính 1.21)

Quá trính cắt dao ngập vào vật liệu một đại lượng hcж Ngay khi lưỡi dao vào vật thái, sẽ xuất hiện ứng suất tiếp xúc phá hủy vật liệu p do dao tác động gây lên Lực tác động của vật liệu lên dao gồm có [39]:

N – phản lực pháp tuyến của lớp vật liệu ép lên mặt bên phải lưỡi dao;

Ppeз – phản lực của vật liệu ở cạnh sắc lưỡi dao theo hướng lên phìa trên;

Pcж– lực ép của vật liệu tác động vào mặt bên của lưỡi dao theo hướng lên trên;

Poж – Phản lực của lớp vật liệu ép lên mặt bên lưỡi dao theo hướng nằm ngang;

T1, T2 – lực ma sát của lớp vật liệu cắt tác động lên hai bề mặt lưỡi dao

Hình 1.21 Lực tác động lên lưỡi dao cắt

a.Phản lực xuất hiện khi lưỡi dao cắt ngập vào vật liệu;

b.Sơ đồ xác định ứng lực P cж và P oж

Theo sơ đồ hính 1.21a, tổng các lực ép lên bề mặt lưỡi dao phìa bên phải là:

N = Pcж.sin + Po ж.cos  (1.25) Như vậy phản lực pháp tuyến lên bề mặt lưỡi dao phìa bên phải là:

N = (Pcж2 + Poж2)1/2.cos (1.26) Với  là góc ma sát giữa vật liệu với bề mặt dao

Trên cơ sở phản lực pháp tuyến lên bề mặt lưỡi dao phìa bên phải, lực ma sát của bề mặt vật liệu cắt tác động lên bề mặt lưỡi dao này là:

Với f là hệ số ma sát giữa vật liệu với bề mặt dao, f = tan

Lực ma sát tương tự T1 xuất hiện trên bề mặt phìa bên trái của dao dưới tác động của phản lực của lớp vật liệu ép lên mặt bên lưỡi dao này là Po  ж:

Lực ma sát T1 có hướng thẳng đứng lên trên, còn lực ma sát T1 hợp với T1một góc  Thành phần thẳng đứng của lực T2 là T2‟ bằng:

Thay các giá trị N theo công thức (1.26), T2 theo công thức (1.27) vào (1.29)

ta có:

T2‟ = f.(0,5.Pcж.sin2 + Poж.cos2) (1.30) Vào thời gian bắt đầu cắt, lực cắt tới hạn Pkp đặt vào dao phải bằng tổng các lực tác động lên lưỡi dao theo hướng thẳng đứng Nghĩa là :

Pkp = Ppeз + Pcж + T1 + T2‟ (1.31) Phản lực Ppeз của vật liệu ở cạnh sắc lưỡi dao xác định từ điều kiện phá hủy (cắt đứt) vật liệu là:

Trong đó: Fkp – diện tìch cạnh sắc lưỡi dao đè lên lớp vật liệu cắt, Fkp = .l;

 – chiều rộng (chiều dày) cạnh sắc;

l – chiều dài đoạn cạnh sắc lưỡi dao ngập vào vật liệu cắt

với b – chiều dày dao

Diện tìch Fxchịu tác động của lực Pcж tình theo công thức:

Fx = l.hcж.tan

Như thế, nếu lực Pcж do diện tìch vật liệu bị ép Fx tạo nên theo phương thẳng đứng phụ thuộc mối quan hệ giữa cж và , trong đó  phụ thuộc không theo quy

luật tỷ lệ Trong mức độ nào đó, trong bài toán đã biết có sự thay đổi theo quy luật của lực Pcж phụ thuộc tỷ lệ vào độ nén tương đối cж, vào tình chất ứng suất tiếp nhận do lực Pcж tác động ngay từ diện tìch ban đầu Biểu diễn sự phụ thuộc ứng suất

và biến dạng theo công thức:

cж E = n

(1.36) Chúng ta áp dụng với chỉ số mũ n = 1, mặc dù n  1 Khi đó vi phân của lực

Pcж tác động lên diện tìch dF có chiều dài bằng 1 đơn vị, còn chiều dộng là dx, xác định theo công thức:

Thay giá trị cж ở công thức (1.33) vào công thức (1.37), ta được:

dPcж = (E/h).tan hcжx.dhcж (1.38) Lấy tìch phân 2 vế của (1.38) ta có vế trái sau khi lấy tìch phân là lực ép của vật liệu tác động vào mặt bên của lưỡi dao theo hướng lên trên, còn về phải có miền lấy tìch phân của vế phải từ 0 hcж, ta được:

= 1tương ứng với công thức (1.39) và (1.41) được giới thiệu là parabol bậc hai, còn khi n 1 là đường cong parabol có bậccao hơn

Đối với các vật liệu nhớt đàn hồi (hay quánh – đàn hồi) bị nén không đáng

kể, hay ứng suất xuất hiện dưới cạnh sắc lưỡi dao không lớn thí  = 0,08  0,30

Thay giá trị cжở biểuthức (1.33), nhận được:

Lực thành phần tác động theo phương ngang của dao là:

dPoж = 1 E.dhcж = .(hcжx/ h) E.dhcж (1.45) Lấy tìch phân 2 vế của (1.45) ta có vế trái sau khi lấy tìch phân là phản lực của lớp vật liệu ép lên mặt bên lưỡi dao theo hướng nằm ngang, còn về phải miền lấy tìch phân của vế phải từ 0  hcж, ta được:

Nếu khi tình toán hệ số Poatxông  có giá trị nhỏ thí có thể nói rằng Poж tạo thành bộ phận không đáng kể từ đại lượng Pcж

 Xác định lực P kp

Từ các biểu thức xác định các thành phần của lực cắt tới hạn Pkpta tình được:

Pkp = .p + (E/2) (hcж2/h).[tan + f.sin2 + .(f + cos2)] (1.47) Tương ứng với biểu thức (1.41), với điều kiện đã biết, biểu thức lực Poжthay đổi tất nhiên sẽ làm biểu thức (1.47) tình toán lực Pkp phức tạp hơn Ở dạng Pkpthường dùng khá nhiều đặc trưng minh họa sự liên hệ qua lại chình giữa các thông

số kết cấu quan trọng nhất (, ) , các thông số đặc trưng cho tình chất cơ lý của vật liệu cắt (E, , f, p) và một số thông số chế độ, các quá trính điều khiển cắt vật liệu

1.2.3 Các tính chất cơ lý của cây sắn làm hom trồng

Theo [5, 10, 31], các đặc trưng cơ lý của cây sắn và hom sắn làm nguyên liệu trồng trính bày như bảng 1.2

Bảng 1.2 Các đặc trưng cơ lý của cây sắn và hom sắn làm nguyên liệu trồng

1 Mô đuyn đàn hồi, E N/m2 32,4.106 – 34,3 106

8 Hệ số tác dụng mài mòn của thân

mìa cắt làm hom lên lưỡi dao, 

– 0,122 – 0,127

1.2.4 Yêu cầu kỹ thuật nông học trồng sắn

Hình 1.22 Hom giống khoai mí

+ Yêu cầu hom giống: Hom được chọn từ những cây sắn đúng giống, tươi, không xây xát, không sâu bệnh, nhặt mắt, đặc lõi, đường kình thân 1,8 – 2,2 cm Cây làm hom giống được bó thành từng bó 20 cây, dựng đứng ở nơi giâm mát, tủ rơm rạ, lấp đất quanh gốc 10-15 cm và tưới gốc giữ ẩm Thời gian bảo quản giống không quá

2,5 tháng Chiều dài hom dài 15 18 cm với 56 mắt Khi cắt hom dùng cưa máy cắt các bó hom để tiện vận chuyển hoặc dùng dao sắc để chặt hom (hính 1.22) + Cách đặt hom: Vùng Đông Nam Bộ và vùng Tây Nguyên, phần lớn nông dân đặt hom nằm ngang để giảm công trồng và dễ thu hoạch Các tỉnh phìa Bắc và vùng ven biển miền Trung, nông dân thường cắm hom xiên (đặt hom nghiêng so với mặt đất khoảng 30o) hoặc hom đứng để giúp cho cây mọc mầm nhanh, khoẻ, giữ ẩm và ìt đổ ngã Khi đặt hom chú ý không để hom chạm vào phân khoáng hoặc phân chuồng tươi chưa hoai mục sẽ làm hom bị hư hại do ngộ độc, mất nước, nhiễm bệnh Cắm hom cần hướng mầm cây lên trên và nghiêng cùng chiều để cây sinh trưởng tốt, tiện chăm sóc và thu hoạch

+ Khoảng cách và mật độ trồng: Thực hiện theo nguyên tắc “đất tốt trồng thưa, đất xấu trồng dày, cây sắn giống cao to trồng thưa, giống cây thấp gọn trồng dày, đất xấu cần đầu tư nhiều phân hơn so với đất tốt”

Đất tốt: Khoảng cách trồng 1,00 m x 0,80 m, mật độ 12.500 cây/ha

Đất trung bính: Khoảng cách trồng 0,90 m x 0,80 m, mật độ 13.888 cây/ha

Đất nghèo: Khoảng cách trồng 0,80 m x 0,80 m, mật độ 15.620 cây/ha

Khoảng cách trồng 0,80 m x 0,70 m, mật độ 16.286 cây/ha

+ Thời vụ trồng: Sắn là cây trồng của vùng nhiệt đới ẩm, cần ánh sáng ngày ngắn để tạo củ Nhiệt độ trung bính thìch hợp cho sắn từ 23 27oC Lượng mưa trung bính năm thìch hợp đối với sắn trong khoảng 1000 2000 mm Thời vụ trồng sắn tùy thuộc nông lịch cụ thể của từng địa phương Các giống sắn công nghiệp trồng để lấy bột thường thu hoạch 8 12 tháng sau trồng Các giống sắn ngọt trồng để ăn tươi thí

có thể thu hoạch rãi rác từ 6- 9 tháng

Vùng Tây Nguyên, vùng Đông Nam Bộ, vùng đất núi Đồng bằng Sông Cửu Long, sắn được trồng vụ chình (70%) từ giữa tháng 4 đến cuối tháng 5 và vụ phụ (30%) từ cuối tháng 9 đến đầu tháng 11

Vùng ven biển miền Trung, sắn được trồng từ tháng 1 đến tháng 2 trong điều kiện nhiệt độ tương đối cao và có mưa ẩm, thu hoạch vào tháng 9, tháng 10 để né tránh bão lụt gây đổ ngã và thối củ ngoài đồng

Vùng Đông Bắc, vùng Tây Bắc, vùng Đồng bằng sông Hồng, sắn trồng tốt nhất là trong tháng 2 ví lúc này có mưa xuân ẩm, trời bắt đầu ấm, thìch hợp cho cây sinh trưởng, hính thành và phát triển củ Sắn trồng muộn vào tháng 4, trời đã nóng, cây sinh trưởng mạnh nhưng không đủ thời gian cho củ phát triển

Ngoài ra, ta có thể dự định thời vụ trồng sắn dựa vào thổ nhưỡng tại vùng cần trồng như :

- Đất đỏ trồng vào mùa mưa (tháng 4 đến tháng 5)

- Đối với đất xám, nên chia thành hai thời vụ trồng để rải vụ thu hoạch và giảm áp lực về công lao động

+ Vụ 1: Trồng từ tháng 4 – tháng 5 và thu hoạch và tháng 1 – tháng 3 năm sau Ở

vụ này nên tranh thủ sớm khi đất đủ độ ẩm, khô hạn làm giảm khả năng mọc mầm của hom khoai mì

+ Vụ 2 Trồng vào tháng 10 – tháng 11; thu hoạch vào tháng 9 – 10 năm sau

4) Máy trồng sắn bán tự động từ nguyên liệu cây hom là loại máy trồng sắn phù hợp với sản xuất ở nước ta Cơ cấu cắt hom là bộ phận quan trọng, có vai trò quyết định đến chất lượng cơ học của hom sắn

5) Cơ cấu cắt hom sắn trên máy trồng sắn bán tự động từ nguyên liệu cây hom có nguyên lý cắt kiểu trục cán Đây là nguyên lý chưa có trong giáo trính giảng dạy ở mọi cấp học của ngành cơ khì nông nghiệp trong cả nước Cơ sở lý thuyết của cơ

cấu cắt kiểu trục cán bao gồm các quá trính động học và động lực học chưa được hệ thống một cách hoàn chỉnh

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

VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu một số thông số động học và động lực học của cơ cấu cắt hom sắn kiểu trục cán trên máy trồng sắn

2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

2.2.1 Đối tượng nghiên cứu

+ Đối tượng cắt: thân cây sắn làm hom trồng

+ Cơ cấu cắt hom sắn kiểu trục cán trên máy trồng sắn MTM – 2

2.3 Nội dung nghiên cứu

Nội dung 1: Nghiên cứu tổng quan:

+ Nghiên cứu tổng luận các kết quả nghiên cứu về máy trồng sắn và cơ cấu cắt sắn

ở trong và ngoài nước

+ Nghiên cứu cơ sở lý luận của đề tài:

- Cơ cấu cắt hom sắn trên máy trồng sắn bán tự động từ nguyên liệu cây hom

- Nghiên cứu lý thuyết cắt thái thân thực vật

- Các tình chất cơ lý của cây sắn làm hom trồng

- Yêu cầu kỹ thuật nông học trồng sắn

Nội dung 2: Nghiên cứu động học cơ cấu cắt hom sắn kiểu trục cán trên máy trồng

sắn bán tự động từ nguyên liệu cây hom

- Kiểm tra điều kiện cắt đứt hom sắn trên cơ cấu cắt hom của máy trồng sắn MTM – 2

- Khảo sát khe hở giữa hai dao cắt hom đối ứng trên cơ cấu cắt hom của máy trồng sắn MTM – 2

- Khảo sát độ chập giữa hai dao cắt hom đối ứng trên cơ cấu cắt hom của máy trồng sắn MTM – 2

Nội dung 3: Nghiên cứu động lực học cơ cấu cắt hom sắn kiểu trục cán trên máy

trồng sắn bán tự động từ nguyên liệu cây hom

- Xây dựng từ thực nghiệm biểu đồ mô men cắt cho quá trính cắt hom trên cơ cấu cắt hom sắn kiểu trục cán

- Xác định mô men cắt trung bính cho quá trính cắt hom trên cơ cấu cắt hom sắn kiểu trục cán

- Tình toán năng lượng cho quá trính cắt hom sắn trên cơ cấu cắt hom sắn kiểu trục cán

- Nghiên cứu thực nghiệm các yếu tố ảnh hưởng đến công suất chi phì cho quá trính cắt hom sắn bằng cơ cấu cắt hom kiểu trục cán

2.4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

2.4.1 Cách tiếp cận

+ Tiếp cận các tài liệu, công trính khoa học nghiên cứu liên quan:

- Về kỹ thuật canh tác cây khoai mí

- Về lý máy cắt thái

- Về động lực học quá trính và thiết bị

+ Tiếp cận bằng điều tra, khảo sát trực tiếp tại các vùng canh tác sắn tập trung ở các tỉnh thuộc Miền Đông Nam Bộ, Tây Nguyên và Miền Trung để tím hiểu tính hính canh tác sắn, các máy trồng sắn từ nguyên liệu cây hom, các máy và cơ cấu cắt sắn làm hom trồng, các yêu cầu khi trồng khoai mí

+ Tiếp cận bằng thực nghiệm để kiểm định kết quả nghiên cứu lý thuyết

+ Tiếp cận bằng các phương pháp thống kê để xác định các quy luật thực nghiệm về đối tượng nghiên cứu

2.4.2 Phương pháp nghiên cứu

2.4.2.1 Phương pháp nghiên cứu nội dung 1

+ Áp dụng các phương pháp điều tra thống kê, tra cứu tài liệu

2.4.2.2 Phương pháp nghiên cứu nội dung 2

Sử dụng cơ sở lý thuyết cắt thái thân thực vật đã được Н Е Резник (1964) [31, 32] tổng kết biên soạn và Phan Quốc Hùng (2014) [7], Phạm Trường Sơn (2015) [23] phát triển cho đối tượng cắt là cây sắn để tình toán động học cơ cấu cắt hom sắn trên máy trồng sắn MTKM – 2

2.4.2.3 Phương pháp nghiên cứu nội dung 3

+ Áp dụng lý thuyết cắt thái thân thực vật đã được Н Е Резник (1964) [29], E C Босой, О В Верняев, И И Смирнов, Е Г Султан, Е Г Шах (1978) [27], tổng kết biên soạn

+ Kế thừa kết quả nghiên cứu bộ phận cắt hom mìa trên máy trồng mìa từ nguyên liệu cây hom của R.N.S Yaday, D Chaudhuri, M P Sharma, P R Kamthe and A Tajuddin (2004) [25] công bố

+ Áp dụng giải tìch toán học và cơ học giải tìch làm công cụ xây dựng các phương trính mô phỏng động lực học cho quá trính cắt hom sắn bằng cơ cấu cắt kiểu trục cán

+ Áp dụng động lực học máy để nghiên cứu động lực học trống cắt

+ Sử dụng các thiết bị đo chuyên dùng để đo đạc thống kê các tình chất cơ lý của thân cây sắn:

- Các loại thước đo hính học như thước mét (có thang đo tới 1 mm), thước kẹp

để đo các thông số hính học thân cây sắn

- Dùng cân đĩa (loại 1 kg, thang đo tới 5 gam), cân điện tử ( loại khối lượng cân lớn nhất tới 300 gam, thang đo tới 0,02 gam) để đo khối lượng hom và thân cây sắn

- Dùng cốc đong và sử dụng chất lỏng xelen để đo thể tìch mẫu thân cây sắn trong quá trính đo khối lượng riêng bằng phương pháp thủy tĩnh

- Dùng thiết bị đo kéo – nén chuyên dùng (dùng đo các nguyên liệu có nguồn gốc thực vật) với cảm biến lực cực đại 200 kG để đo lực cắt, áp suất cắt thái riêng và độ bền kéo khi cắt khoai sắn phục vụ nghiên cứu động lực học cơ cấu cắt hom sắn kiểu trục cán

- Dùng thiết bị đo hệ số ma sát ngoài kiểu hiện số điện tử đo ứng suất tiếp () kết hợp đo khối lượng bằng cân điện tử đã nêu đo ứng suất nén () để xác định hệ số ma sát ngoài của thân cây sắn với thép và các nguyên liệu khác theo công thức:

+ Áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm để xây dựng hàm mục tiêu cho quá trính cắt hom sắn bằng cơ cấu cắt hom kiểu trục cán trên máy trồng sắn như sau: 1) Hàm mục tiêu: công suất chi phì cho cho quá trính cắt hom sắn bằng cơ cấu cắt hom kiểu trục cán trên máy trồng sắn

- Thiết bị đo: Thiết bị đo công suất điện 3 pha Công suất đo 20 kW Mức nhẩy số 0,001 kW

- Cách đo: Đọc trực tiếp kết quả đo hiện số điện tử trên thiết bị

2) Thông số ảnh hưởng: có 3 thông số ảnh hưởng gồm:

a) Góc mài dao 

- Thiết bị đo: Thước đo độ với độ chình xác 0,10

- Cách điều khiển: Chế tạo các bộ dao và thay bộ dao dao theo các mức thì nghiệm b) Độ chập hai dao cắt giữa từng cặp của hai trống cắt

- Thiết bị đo: Thước kẹp kết hợp calip Độ chình xác của thước kẹp tới 0,05 mm

- Cách điều khiển: Điều khiển dao trên cơ cấu gá dao của từng trống cắt sao cho đảm bảo yêu cầu về độ chập

+ Phần mềm sử dụng cho quy hoạch thực nghiệm và xử lý số liệu: Statgraphics Centurion XV

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

3.1 Kết quả nghiên cứu động học cơ cấu cắt hom sắn kiểu trục cán của máy

trồng sắn MTM – 2 từ cơ sở lý thuyết đông học

3.1.1 Kiểm tra điều kiện cắt đứt hom sắn trên cơ cấu cắt hom của máy trồng sắn

2e.cos   2.2,5.cos180 = 4,76   = 3 [mm] (3.1) Trong đó: e – tâm sai của dao, e = 2,5 [mm];

 – góc mài dao,  = 18 [độ];

 – khe hở giữa các dao,  = 3 [mm]

3.1.2 Khảo sát khe hở giữa hai dao cắt hom đối ứng trên cơ cấu cắt hom của

điều chỉnh khe hở giữa hai dao cắt hom đối ứng trên cơ cấu cắt hom của máy trồng sắn MTM – 2 càng lớn và ngược lại

3.1.3 Khảo sát độ chập giữa hai dao cắt hom đối ứng trên cơ cấu cắt hom của

cos

δ2.es







sin

δ2.e.cos

2,58

3.2 Nghiên cứu động lực học cơ cấu cắt hom sắn kiểu trục cán

3.2.1 Xác định bằng thực nghiệm các dữ liệu cho tính toán động lực cơ cấu cắt

hom sắn kiểu trục cán

3.2.1.1 Xác định chiều dài thân cây hom sắn

a) Kết quả thí nghiệm đo chiều dài thân cây hom sắn

Chiều dài thân cây sắn dùng làm hom trồng là một đại lượng ngẫu nhiên Ví vậy dung lượng mẫu đo chọn n = 48  30 để đảm bảo kết quả đo theo phân bố chuẩn Vị trì đo: Do thân cây sắn dùng làm hom chỉ sử dụng phần thân giữa (bỏ gốc

và ngọn), nên chiều dài thân cây sắn làm hom chỉ tình thống nhất bằng 1/2 chiều dài cây hom

Kết quả thì nghiệm đo chiều dài thân cây sắn dùng làm hom trồng trình bày như bảng 3.1