Nghiên cứu một số thông số của bộ phận làm việc chính trong máy cắt vùi ngọn lá mía cho mía lưu gốc

Luận văn, thạc sỹ, tiến sĩ, cao học, kinh tế, nông nghiệp

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và ch−a hề đ−ợc sử dụng để bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ của việc thực hiện luận văn này đã đ−ợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả luận văn

Hoàng Văn Thông

Tôi xin cảm ơn chân thành Ban lãnh đạo Trường Công nhân cơ khí nông nghiệp I - TW và các đồng nghiệp đã điều kiện cho tôi thực hiện trọn vẹn đề tài

Vĩnh Phúc, ngày 20 tháng 09 năm 2004

Tác giả luận văn

Hoàng Văn Thông

mục lục

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục mục iii

Danh mục các bảng v

Danh mục các hình vi

Mở đầu i

1 Tổng quan tình hình phát triển trồng mía và xử lý ngọn- lá mía sau khi thu hoạch trên thế giới và Việt Nam 3

1.1 Tình hình phát triển trồng mía trên thế giới và Việt Nam 3

1.2 Tình hình xử lý ngọn lá mía sau thu hoạch trên thế giới và Việt Nam 6

1.2.1 Tầm quan trọng của việc xử lý ngọn lá mía sau thu hoạch 6

1.2.2 Tình hình xử lý ngọn lá mía sau thu hoạch ở thế giới và Việt Nam 8

1.3 Mục tiêu và nhiệm vụ đề tài 15

1.3.1 Mục tiêu đề tài 15

1.3.2 Nhiệm vụ cụ thể của đề tài 16

2 Một số tính chất cơ lý của lá mía và đất trồng mía, lựa chọn nguyên lý cắt vùi ngọn lá mía, cho mía lưu gốc 17

2.1 Một số tính chất cơ lý của lá mía sau thu hoạch và yêu cầu kỹ thuật cắt nhỏ ngọn- lá mía 17

2.1.1 Một số tính chất cơ lý tính của lá mía sau thu hoạch và yêu cầu kỹ thuật cắt nhỏ ngọn - lá mía để có thể cày vùi 17

2.1.2 Một số tính chất cơ lý và địa hình ruộng mía sau khi thu hoạch 19

2.2 Nghiên cứu lựa chọn nguyên lý cắt vùi ngọn lá mía cho mía lưu gốc 20

2.2.1 Các nguyên lý cắt bằng dao, những yếu tố ảnh hưởng quá trình cắt thái 20

2.2.2 Cắt có tấm kê 24

2.3 Đề xuất nguyên lý cấu trúc cho máy cắt vùi ngọn -lá mía cho mía lưu gốc 29

3 Nghiên cứu cơ sơ lý thuyết một số bộ phận chính trong máy cắt vùi

ngọn lá mía cho mía lưu gốc 31

3.1 Cơ sở xác định đường kính của hàng dao đĩa cắt trước 31

3.2 Nghiên cứu chuyển động của đĩa chỏm cầu và đất khi đĩa chỏm cầu làm việc 33

3.3 Nghiên cứu một số thông số cơ bản của đĩa chỏm cầu 35

3.4 Lực tác dụng lên đĩa chỏm cầu 41

3.5 Cân bằng liên hợp máy cắt vùi 44

3.5.1 Lực tác động lên máy cắt vùi khi làm việc 44

3.5.2.Cân bằng máy cắt vùi trong mặt phẳng thẳng đứng dọc zox 45

4 Nghiên cứu thực nghiệm 49

4.1 Mục đích nghiên cứu 49

4.2 Giới thiệu đặc tính của máy và phương tiện phục vụ khảo nghiệm 49

4.2.1 Đặc tính kỹ thuật của máy khảo nghiệm 49

4.2.2 Đặc điểm ruộng khảo nghiệm 49

4.2.2 Các phương tiện phục vụ khảo nghiệm 50

4.3 Phương pháp đo đạc và gia công số liệu 50

4.3.1 Phương pháp xác định độ ẩm vật liệu thí nghiệm 50

4.3.2 Phương pháp xác định độ cứng của đất trên mặt ruộng 51

4.3.3 Phương pháp xác định hệ số ma sát ngoài của lá mía với thép 53

4.3.4 Phương pháp xác định áp lực cắt riêng phụ thuộc độ ẩm lá mía, độ sắc của dao, độ dày lá mía 54

4.3.5 Phương pháp xác định độ vùi lấp lá mía sau khi cắt vùi 55

4.3.6 Phương pháp xác định độ bình ổn về độ cày sâu và bề rộng luống cày 56

4.3.7 Phương pháp xử lý số liệu đo đạc 57

4.4 Kết quả nghiên cứu thí nghiệm thực nghiệm 58

Kết luận, đề nghị 67

danh mục các hình

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy băm nhỏ lá mía của Viện Cơ điện 10

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý làm việc máy băm lá mía có dao bắt khớp trên trục 11

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy cắt vùi ngọn lá mía bằng bừa đĩa nặng 12

Hình 1.4 Sơ đồ làm việc máy băm vùi theo nguyên tắc phay xuôi 13

Hình 1.5 Sơ đồ máy cuốc vùi 14

Hình 2.1 Lực kéo đứt lá mía phụ thuộc thời gian 18

Hình 2.2 Ruộng mía sau thu hoạch 20

Hình 2.3 Biểu diễn cắt trượt viện sĩ VP Goriachkin 21

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý quá trình cắt thái bằng lưỡi dao 22

Hình 2.5 Đồ thị biểu thị áp lực cắt riêng phụ thuộc độ ẩm lá mía 23

Hình 2.6 Đồ thị quan hệ của công riêng Ar với góc τ 24

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý làm việc của dao cắt có tấm kê cứng 25

Hình 2.8 Đồ thị quan hệ công cắt thái Act lực cản cắt thái Pt và vận tốc cắt v 26

Hình 2.9 Sơ đồ cắt bằng dao có tấm kê là nền ruộng 27

Hình 2.10 Đề xuất sơ đồ nguyên lý cấu trúc máy cắt vùi ngọn lá mía cho mía lưu gốc 30

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý làm việc của dao đĩa cắt trước 32

Hình 3.2 Sơ đồ chuyển động của đĩa chỏm cầu 34

Hình 3.3 Quan hệ các thông số cấu trúc và sử dụng của đĩa chỏm cầu 37

Hình 3.4 Lực tác dụng lên đĩa chỏm cầu 42

Hình 3.5 Sơ đồ máy cắt vùi 47

Hình 4.1 Dụng cụ đo độ chặt của Gơ riatkin 51

Hình 4.2 Đồ thị biểu diễn lực cản của đất khi đo độ cứng 52

Hình 4.3 Xác định độ bình ổn chiều sâu cày 56

Hình 4.4 Tương quan giữa áp lực cắt lá mía phụ thuộc vào độ ẩm lá mía với độ sắc của dao là 0,5mm, (giống mía MI 55 – 177) 60

danh mục các bảng

Bảng 1.1 Kết quả điều tra sản xuất mía từ 1994 – 2000 4

Bảng 1.2 Tình hình sản xuất mía đường của Việt Nam 1998 – 2002 5

Bảng 2.1 Độ cứng đất trồng mía phụ thuộc độ sâu 19

Bảng 3.1 Quan hệ đường kính đĩa chỏm cầu D với độ dày lớp lá mía và độ sâu cắt vào đất 36

Bảng 3.2 Quan hệ giữa đường kính D, góc tiến , độ cày sâu a với hệ số tác động hữu ích của cày đĩa cạn 43

Bảng 4.1 Các phương tiện phục vụ khảo nghiệm 50

Bảng 4.2 Kết quả thí nghiệm hệ ma sát giữa lá mía và thép 58

Bảng 4.3 Kết quả thí nghiệm áp lực cắt riêng phụ thuộc độ ẩm lá mía, độ sắc dao và độ dày lá mía 59

Bảng 4.4 Kết quả xác định độ ẩm lá mía trên ruộng thực nghiệm 61

Bảng 4.5 Kết quả xác định độ bình ổn chiều sâu cày chảo ở số truyền làm việc III 62

Bảng 4.6 Kết quả xác định độ bình ổn chiều sâu cày chảo ố truyền làm việc: IV 63

Bảng 4.7 Xác định độ bình ổn cày theo bề rộng làm việc 64

Bảng 4.8 Kết quả xác định tỷ lệ diện tích lá mía được che phủ 65

Bảng 4.9 Kết quả xác định độ vùi lấp lá mía theo khối lượng 65

Mở đầu

Mía là cây công nghiệp ngắn ngày, cây nguyên liệu quan trọng trong ngành sản xuất đường nhiều nước trên thế giới cũng như ở nước ta ở các nước phát triển, sản xuất mía đã được cơ giới hoá đồng bộ ở tất cả các khâu canh tác và bình quân mía cây đạt trên 90 tấn/ha Trong khi đó ở nước ta tuy có

điều kiện tự nhiên (đất đai, khí hậu ) rất thích hợp cho sự phát triển của cây mía, năng suất mía còn thấp bình quân khoảng 50 tấn/ha

Năng suất mía thấp ngoài nguyên nhân về giống, về các khâu quản lý sản xuất, công nghệ, thiết bị chế biến đường lạc hậu , phải kể đến nguyên nhân về chuẩn bị đất trồng, chăm sóc mía chưa đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật, do thiếu các loại máy canh tác thích hợp

Hiện nay diên tích trồng mía ở nước ta đã đạt trên 300.000 ha, diện tích mía lưu gốc hàng năm khoảng 210.000 ha Mỗi năm sau khi thu hoạch sẽ để lại ngọn lá mía trên đồng khoảng 6 triệu tấn Việc xử lý hiện nay chủ yếu là

đốt ngọn lá mía làm mất đi một lượng phân hữu cơ rất lớn

Nếu vùi lấp được lượng ngọn lá mía trên trả lại cho đất sẽ thu lại một lượng phân hữu cơ rất lớn làm tăng năng suất mía, đem lại lợi ích đáng kể cho người trồng mía Theo Vũ Hữu Yêm [29] vùi lấp ngọn lá mía sau thu hoạch có thể tiết kiệm được phân hoá học (220 kg urê, supe lân và 104 kg kali) năng suất mía tăng bình quân 11% nhờ vậy thu được hiệu quả lợi nhuận trên 3 triệu

đồng/ ha vụ Do đó ở nước ta nếu vùi lấp được toàn bộ số ngọn lá mía trở lại cho đất, mỗi vụ sẽ đem lại lợi nhuận trên 900 tỷ đồng/ vụ

Muốn thực hiện được vùi lấp toàn bộ số ngọn lá mía trả lại cho đất, nhất thiết phải có máy canh tác thích hợp Để góp phần vào việc nghiên cứu chế tạo

ra một mẫu máy cắt vùi ngọn lá mía có hiệu quả, tôi thực hiện nghiên cứu đề

tài: “Nghiên cứu một số thông số của bộ phận làm việc chính trong máy cắt vùi ngọn- lá mía cho mía lưu gốc” với các nội dung mục tiêu sau:

1- Nghiên cứu tổng quan tình hình xử lý ngọn- lá mía sau thu hoạch 2- Nghiên cứu một số tính chất cơ lý của lá mía và đất trồng mía Nghiên cứu lựa chọn nguyên lý máy cắt vùi ngọn- lá mía cho mía lưu gốc

3- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết một số bộ phận chính trong máy cắt vùi ngọn- lá mía cho mía lưu gốc

4- Nghiên cứu thí nghiệm và thực nghiệm để kiểm tra các chế độ động học và chất lượng làm việc của mẫu máy

1 Tổng quan tình hình phát triển trồng mía và xử lý ngọn- lá mía sau khi thu hoạch trên thế giới và Việt Nam

1.1 Tình hình phát triển trồng mía trên thế giới và Việt Nam

Cây mía là cây ngắn ngày cung cấp nguyên liệu chủ yếu cho ngành sản xuất đường – một thực phẩm không thể thiếu trong đời sống hiện nay của nhân dân và các ngành công nghiệp phụ phẩm khác Cây mía ngày càng có vị trí quan trọng trong sản xuất nông nghiệp của nước ta và trên thế giới

Cây mía là cây nhiệt đới thích hợp với khí hậu mưa nhiều nhiệt độ cao Hiện nay trên thế giới có khoảng 70 nước trồng mía, tập trung chủ yếu trong khoảng từ 30 vĩ độ Nam tới 30 vĩ độ Bắc với diện tích khoảng 20 triệu ha Từ

đầu thế kỷ 20 sản lượng đường được sản xuất từ mía tăng nhanh chiếm 70% thị trường đường thế giới

Từ năm 1990 đến năm 2002 sản lượng đường thế giới là tăng từ 116,076 triệu tấn lên 135,204 triệu tấn Mức tiêu thụ từ 110,090 triệu tấn lên 128,268 triệu tấn [3], [17], [15] Những nước có diện tích sản lượng năng suất mía cao, sản lượng đường đứng hàng đầu thế giới như Braxin, ấn Độ, Trung Quốc, Cu Ba, Thái Lan

Cây mía có tiềm năng năng suất cao, chịu thâm canh, một số ghi nhận ở

Đài Loan năng suất mía tối đa là 456,95 tấn/ha với mía 24 tháng tuổi, ở ấn Độ 440,85 tấn/ha với mía 18 tháng tuổi và 406,38 tấn/ha với mía 12 tháng tuổi

Xu hướng chung của thế giới là đầu tư thâm canh tăng năng suất chất lượng mía để giảm giá thành đầu tư đầu vào của ngành công nghiệp sản xuất

đường, ổn định diện tích trồng mía

ở nước ta giai đoạn hiện nay cây mía đang được coi là một trong những cây mũi nhọn của ngành công nghiệp với việc chuyển dịch cơ cấu cây trồng nhằm khai thác tiềm năng đất đai, thực hiện phân công lại lao động trong các vùng canh tác cây mía ở nông thôn, trung du, miền núi Cây mía thực sự đã

được phục hồi và phát triển nhanh chóng theo số liệu thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Kết quả sản xuất mía từ năm 1994 đến năm

2000 theo bảng 1.1

Bảng 1.1 Kết quả điều tra sản xuất mía từ 1994 – 2000

Năm Chỉ tiêu Đơn vị

tính 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000

Dtích cả nước (theo t kê) 1000ha 150,00 224,80 237,00 257.00 283.00 350,8* 320** Năng suất T bình tấn/ha 45,33 42,00 47,40 48,50 48,93 50,8* 50** Tổng sản lượng 1000t 6799,5 10711,1 11371,8 11920,9 13843,5 17840,0 16.000,0

DT mía ở vùng

QH cho nhà máy 1000 ha 62,87 135,00 172,70 202,00 212,95Diện tích trồng mới: 1000 ha 2,12 40,00 102,23 95,51 111,82

Bảng 1.2 Tình hình sản xuất mía đường của Việt Nam 1998 – 2002 [4], [3], [16]

Niên vụ Diện tích

(ha)

Sản lượng mía đường (triệu tấn)

Sản lượng đường (tấn)

Tuy vậy hiện nay có một số địa phương sản xuất mía đường còn chưa

có hiệu quả Qua phân tích có nguyên nhân chính sau:

- Tổ chức quản lý sản xuất và chế biến còn yếu

- Công nghệ thiết bị chế biến đường lạc hậu, chi phí sản xuất cao

- Vùng nguyên liệu cung cấp cho nhà máy chưa phù hợp, ổn định

- Giữa người dân vùng sản xuất nguyên liệu mía và nhà máy chế biến còn nhiều điểm chưa đồng nhất

- Giá nguyên liệu đầu vào cao

- Cung đường vận chuyển nguyên liệu mía xa, vòng vèo…

- Trong pham vi phân tích giá nguyên liệu mía đầu vào cao cũng do nhiều nguyên nhân như:

- Vùng nguyên liệu phân tán, không ổn định, dân chưa hoàn toàn yên tâm vào việc sản xuất mía nguyên liệu

- Quy trình công nghệ sản xuất mía còn ở mức thấp

- Tổ chức sản xuất và thu mua còn nhiều vướng mắc

Tuy vậy nhiều công ty mía đường tổ chức sản xuất nguyên liệu mía và chế biến đường thống nhất, người dân yên tâm sản xuất nguyên liệu mía cung cấp cho nhà máy Tích cực đưa quy trình công nghệ và thiết bị tiên tiến phục

vụ quá trình sản xuất, năm sau lãi hơn năm trước góp phần vào việc ổn định và phát triển ngành mía đường của Việt Nam

1.2 Tình hình xử lý ngọn lá mía sau thu hoạch trên thế giới và Việt Nam

1.2.1 Tầm quan trọng của việc xử lý ngọn lá mía sau thu hoạch

Mía sau thu hoạch lấy cây, ngọn và lá rải trên mặt đồng với khối lượng

từ 15 đến 25 tấn/ha

Theo kết quả nghiên cứu của nhiều nhà khoa học, nếu ngọn lá mía được vùi trả lại đất là một trong những nguồn cung cấp dinh dưỡng chủ yếu cho cây trồng Các chất hữu cơ trong quá trình khoáng hoá có tác dụng kích thích sự

nhôm và man gan, tạo môi trường cho rễ mía hoạt động Vùi tàn dư cây trồng làm phân bón vừa cung cấp dinh dưỡng cho cây vừa cải thiện các đặc tính lý hoá sinh học của đất, nâng cao độ phì của đất để độ phì của đất được ổn định lâu bền [21], [30]

Theo kết quả nghiên cứu của Brasad và cộng sự cho thấy ủ ngọn- lá mía trong đất tiết kiệm được 30 % lượng nước tưới và năng suất mía tăng 10 %, năng suất đường tăng 9% so với không ủ lá, ngoài ra lá mía còn chứa từ 1 đến 1,5% nitơ, 0,005 đến 0,01% P2O5 và 1,5 đến 1,8 K2O cũng là nguồn cung cấp dinh dưỡng cho mía [32]

ở nước ta theo kết quả nghiên cứu của tiến sĩ Trần Đăng Hạnh cho thấy: Cứ sau mỗi vụ thu hoạch tuỳ theo giống và năng suất mía có thể trả lại cho đất lượng ngọn lá mía từ 30 đến 40% năng suất mía cây Nếu vùi từ 25

đến 30 tấn ngọn lá mía cho 1ha, kết hợp với chế độ bón phân hoá học hợp lý

sẽ trả lại cho đất trung bình 104 kg nitơ, 12 kg P2O5 và 55 kg K2O mà còn có tác dụng tăng năng suất mía, tăng chất lượng mía, trữ đường thương phẩm (c.c.s) Ngay trong vụ đầu làm tăng lượng mùn trong đất, tăng số lượng vi sinh vật có ích làm cho đất có cấu tượng tốt, chống rửa trôi, xói mòn đất tiết kiệm chi phí phân khá cao, khoảng trên 3 triệu đồng/ha vụ [12]

Cắt vùi ngọn lá mía sau thu hoạch cho mía thanh lý và lưu gốc làm phân

đã được nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước khẳng định có vai tro to lớn trong việc tăng nguồn phân bón, tăng năng suất và trữ lượng đường cho mía giảm chi phí sản xuất bảo vệ đất và môi trường đã được Đảng, Nhà nước và ngành mía đường quan tâm và người dân trồng mía đón nhận tích cực Chúng

ta tin tưởng rằng thời gian không xa cắt vùi ngọn lá mía cho mía thanh lý và mía lưu gốc áp dụng ngày càng nhanh, nhiều, góp phần giảm giá thành nguyên liệu trồng mía và ngành mía đường có thu nhập cao hơn

1.2.2 Tình hình xử lý ngọn lá mía sau thu hoạch ở thế giới và Việt Nam

Qua nhiều kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học trong và ngoài nước, ngọn- lá mía sau thu hoạch để làm phân mang lại hiệu quả to lớn về mặt kinh tế, bền vững về đất và môi trường Tuy vậy để xử lý ngọn lá mía vùi vào trong đất để làm phân bón là công việc khó khăn tốn nhiều công sức, tiền vốn, kinh nghiệm tổ chức sử dụng và cũng nảy sinh một số hạn chế như: Mầm bệnh lưu giữ ở ngọn lá mía từ vụ nọ sang vụ kia, đòi hỏi phải có thuốc và biện pháp phòng trừ Chính vì vậy hiện nay ở nước ta và trên thế giới còn đang tồn tại nhiều biện pháp xử lý ngọn lá mía sau thu hoạch cho mía thanh lý và mía lưu gốc phù hợp với khả năng và tập quán của từng địa phương

1.2.2.1 Xử lý ngọn lá mía bằng phương pháp đốt ngọn- lá mía ngay trên mặt ruộng

Hiện nay có hai hình thức đốt ngọn lá mía sau thu hoạch:

Hình thức thứ nhất: Đốt lá mía khi lá đang còn ở trên cây Hình thức này được tiến hành như sau: Trước khi thu hoạch mía, chọn ngày khô ráo, người ta châm lửa đốt lá trên cây mía Hình thức đốt lá này có ưu điểm là diệt

được mầm bệnh cư trú trên ngọn lá mía, làm cây mía trần trui không còn lá nên việc tiến hành dùng máy thu hoạch thuận lợi hơn

Tuy vậy phương pháp này còn có nhược điểm là làm mất đi lượng phân hữu cơ to lớn từ lá mía, làm hư hại đất và ô nhiễm môi trường không phù hợp với xu thế phát triển

Để thuận tiện cho việc cơ giới, hiện nay biện pháp này vẫn còn được áp dụng ở một số nước: Cu Ba và một số nước Nam Mỹ

Hình thức xử lý ngọn lá mía thứ hai là: Cây mía sau khi thu hoạch ngọn, lá mía được rải ra trên mặt ruộng, để 5 đến 10 ngày khi lá mía đã khô người ta châm lửa đốt (thường tiến hành vào chiều tối ngày khô ráo để đốt

như vậy không tốn công sức và máy móc, giải phóng nhanh mặt đồng để tiến hành làm đất, chăm sóc kịp thời cho vụ mía sau, đồng thời cũng diệt trừ mầm bệnh tiềm tàng trong ngọn lá mía, cung cấp cho đất lượng tro, làm tăng một số nguyên tố khoáng đặc biệt là kali [32]

Nhược điểm của hình thức này làm huỷ hoại, tiêu diệt đồng thời một số sinh vật có ích trong đất, làm chai cứng đất, mất đi lượng phân hữu cơ to lớn

từ ngọn lá mía và làm ô nhiễm môi trường, là mầm mống gây ra hoả hoạn, lũ lụt, làm tăng lượng khí CO và O3 trong bầu khí quyển, gây hiệu ứng nhà kính [30]

Nhận thức rõ được nhược điểm cơ bản của xử lý ngọn- lá mía bằng phương pháp đốt và tìm xu hướng phát triển ổn định về kinh tế, đất và môi trường Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đã khuyến cáo không dùng biện pháp đốt ngọn lá mía sau thu hoạch Đặc biệt vùng mía đường Lam Sơn (Thanh Hoá) đã có chủ trương chính sách cụ thể khuyến khích hỗ trợ các chủ

hộ trồng mía giữ lại ngọn lá mía làm phân và vật liệu che phủ [7]

1.2.2.2 Xử lý ngọn lá mía bằng cách thu dọn

Phổ biến hiện nay có hai cách thu dọn:

Cách 1: Dùng lao động thủ công thu gom thành đống đem về làm chất

đốt phục vụ sinh hoạt, hoặc băm nhỏ ủ làm phân sau đó lại đem bón trả lại cho ruộng mía Phương pháp này năng suất thấp chỉ dùng cho gia đình hộ nông dân nhỏ lẻ

Cách 2: Dùng lao động thủ công dồn lá mía từ luống thứ nhất sang luống thứ hai, dùng cày hoặc xới luống thứ nhất, sau đó lại dồn lá mía từ luống thứ hai sang luống thứ nhất để cày xới luống thứ hai Làm tương tự như vậy với luống thứ 3, 4 và các luống khác

Phương pháp thu dọn ngọn lá mía luân phiên có ưu điểm tận dụng được nguồn lá mía làm vật liệu che phủ và làm phân, bảo vệ đất chống xói mòn, không cần đầu tư tiền mua máy móc thiết bị Phương pháp này được áp dụng ở

vùng nguyên liệu nhà máy đường Việt Nam - Đài Loan và một số địa phương của ấn Độ

Nhược điểm của phương pháp này là tốn rất nhiều công lao động, không đáp ứng kịp thời vụ trồng mía, lao động quá vất vả, khả năng hoại mục lá mía chậm, gây nhiều khó khăn trong việc cơ giới hoá khâu chăm sóc Do vậy phương pháp này chỉ áp dụng phù hợp với vùng nguyên liệu mía nhỏ, lẻ, thừa sức lao động nhưng thiếu kỹ thuật và tiền vốn

1.2.2.3 Xử lý ngọn lá mía bằng cách dùng máy băm nhỏ ngọn lá mía rải trên mặt ruộng sau đó cày vùi

Phương pháp này ở trong nước hiện nay đang dùng hai loại máy

Loại máy dao bắt cứng với trục (hình 1.1) nguyên tắc làm việc trống vơ

đưa lá mía vào trống bắt dao, trống dao quay, dao chém nhỏ lá mía thành từng

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy băm nhỏ lá mía

của Viện Cơ điện

1-Trống ép, 2-Tay vơ lò xo, 3-Trống ép dưới,

Nguyên lý này được Viện Cơ điện Nông nghiệp nghiên cứu thí nghiệm

ở nông trường Hà Trung – Thanh Hoá Mẫu máy thí nghiệm cắt thái tốt, chi phí năng lượng cắt thái thấp Song vẫn còn có một số nhược điểm như khả năng trống vơ còn sót, hoạt động vẫn hay có sự cố

Nhìn chung phương pháp này còn khá phức tạp chưa phù hợp với công nghệ chế tạo và sử dụng ở Việt Nam

Loại máy lưỡi dao bắt khớp với trục quay (hình 1.2) Loại lưỡi dao bắt

khớp trên trục quay, trống bắt dao đồng thời là trống vơ, trống quay vận tốc cao khoảng 1000 vòng/ phút do vậy có khả năng vơ sạch, vượt tải tốt khi lượng ngọn lá mía cung cấp không đều Ngọn lá mía sau khi băm có thể dùng cày đĩa để cày vùi mà không bị cuốn Máy này được cơ sở sản xuất chấp nhận

Tuy vậy theo nguyên tắc này còn có nhược điểm: Vận tốc cao nên độ bền các chi tiết cần được thử nghiệm dài hơn mới khẳng định hiệu quả

Mặt khác cả hai loại máy trên dùng máy cắt nhỏ lá mía sau đó lại phải cày vùi theo sau dẫn tới chi phí sản xuất lớn và chỉ áp dụng được cho mía thanh lý còn với mía lưu gốc áp dụng khó khăn hơn

1.2.2.4 Xử lý ngọn lá mía sau thu hoạch bằng cách cắt vùi đồng thời

Để giảm phải trang bị nhiều máy và giảm số lượt máy kéo di chuyển nhiều lần trên mặt ruộng làm hư hại cấu tượng đất, nhiều mẫu máy thiết kế theo nguyên tắc cắt vùi đồng thời, theo nguyên tắc này ở Việt Nam hiện đang

có ba loại máy:

a Loại máy dùng bừa đĩa nặng có cạnh khế (hình 1.3)

Loại này tận dụng bừa đĩa nặng có cạnh khế đi lại trên ruộng mía nhiều lần theo chiều dọc, chiều ngang, đường chéo cho tới khi lá mía được băm nhỏ

và trộn đều vào tầng đất canh tác phương pháp này được áp dụng ở nông trường Hà Trung – Thanh Hoá để làm nhỏ đất và trộn đều ngọn lá mía, để cày không còn bị ùn lá mía khi di chuyển bừa đĩa nặng đi lại từ 6 đến 8 lần, do vậy chi nhiên liệu quá cao làm ảnh hưởng giá thành mía nguyên liệu

Về nguyên lý cắt vùi đồng thời có nhiều ưu điểm, song bừa đĩa nặng chỉ

là công cụ chỉ để bừa, đem vào cắt vùi lá mía ,về cấu trúc là không phù hợp,

do vậy sản xuất khó chấp nhận Tuy vậy một số địa phương còn dùng vì họ tận dụng bừa có sẵn không phải bỏ tiền mua thêm máy mới

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy cắt vùi ngọn

lá mía bằng bừa đĩa nặng

2

1

b Cắt vùi lá mía bằng cày chảo cỡ lớn

Một số địa phương ở các tỉnh phía Nam, Thanh Hoá đã dùng cày chảo

cỡ lớn, có đường kính chảo D = 720 mm dùng cày và cắt vùi cho mía thanh lý, với lượng lá mía trên mặt ruộng không quá dày, phân bố tương đối đều Máy

đã thực hiện được hai công đoạn, cắt vùi đồng thời Dùng cày chảo có đường kính và khối lượng phù hợp, thực tế đã cho thấy đã làm việc ở mía thanh lý với chất lượng tốt và chi phí sản xuất phù hợp, hiện nay đã ứng dụng khá rộng ở một số địa phương trồng mía Tuy vậy loại cày chảo này vẫn còn một số nhược điểm chỗ ngọn lá mía quá dày chảo cắt không đứt bỏ qua làm cày sót

và không phủ được đất lên lá Loại cày chảo này chỉ dùng cho mía thanh lý còn mía lưu gốc không làm việc được

c Cắt vùi ngọn lá mía theo nguyên tắc phay xuôi

Máy có cấu trúc tương tự như máy phay đất xong về cấu trúc hình dạng dao có thiết kế cạnh sắc có độ cong phù hợp để lưỡi dao chém vào lá mía dìm vào trong đất mà không bị cuốn vào trục phay (hình 1.4) Để băm nhỏ ngọn lá mía và cày vùi không bị ùn máy phải di chuyển tới 3 lần Do vậy chi phí lên cao, sản xuất khó chấp nhận Mặt khác, lưỡi dao quay với vận tốc cao khi gặp sỏi, đá dễ bị quăn, mẻ Ruộng còn có cả gốc, ngọn mía lưỡi phay chém vào gây tải trọng va đập do vậy hệ truyền động mau hư hỏng

Vmω

Hình 1.4 Sơ đồ làm việc máy băm vùi theo nguyên tắc phay xuôi

Vm: Vận tốc tiến của máy; ω: Vận tốc quay của dao

d Cắt vùi lá mía bằng phay cuốc

Máy phay cuốc do cộng hoà Pháp chế tạo được đưa vào thử nghiệm tại công ty mía đường Bourbon Tây Ninh năm 2001 - 2002 (hình 1.5)

Nguyên tắc làm việc lưỡi cuốc được bắt trên cơ cấu 4 khâu bản lề Khi làm việc lưỡi cuốc ấn vào khối ngọn lá mía dìm xuống và cào đất phủ lên

Loại này có ưu điểm lưỡi cuốc có cạnh sắc nhỏ nên khả năng dúi ngọn lá mía xuống sâu, qua thử nghiệm máy làm việc tốt ở vùng đất cát, nếu đất cứng hơn có thể làm hai lần Tuy vậy máy còn một số điểm hạn chế sau:

- Cấu trúc máy có nhiều cơ cấu phức tạp khó khăn trong việc chế tạo, sử dụng

- Giá thành máy quá đắt

- Đất có độ cứng cao khả năng cắt vùi hạn chế

Hình 1.5 Sơ đồ máy cuốc vùi

1-Tay quay, 2- Thanh chính lắp lưỡi cắt, 3- Cần lắc, 4-Lưỡi cắt

e Vùi lá mía bằng cày một lưỡi

ở công ty mía đường Việt Nam - Đài Loan người ta đã thí nghiệm theo quy trình sau:

Dùng lao động thủ công dồn lá mía từ luống thứ nhất sang luống thứ hai, dùng cày một lưỡi với độ sâu 40 đến 50cm tạo ra thành rãnh lớn sau đó dùng lao động thủ công dồn lá mía từ luống thứ hai xuống rãnh đã cày luống một, rồi dùng cày một lưỡi ở luống thứ hai, lấy đất phủ lên khối lá mía dìm xuống Rồi tiếp tục làm như vậy cho tới hết Vùi lá mía theo phương pháp trên lá mía được vùi sâu mau hoại mục, nhưng còn nhược điểm tốn quá nhiều công, chi phí lớn do vậy chưa được nhân rộng

1.3 Mục tiêu và nhiệm vụ đề tài

1.3.1 Mục tiêu đề tài

Từ việc tìm hiểu hình thức sản xuất mía đường trên thế giới và Việt Nam, tầm quan trọng của việc xử lý ngọn lá mía sau thu hoạch, các phương pháp xử lý ngọn lá mía sau thu hoạch, chủ trương mà nhà nước và ngành mía

đường về xử lý ngọn lá mía sau thu hoạch để làm phân, bảo vệ đất và môi trường Chúng tôi nhận thấy rằng việc xử lý ngọn lá mía cho mía lưu gốc và thanh lý để làm phân là tất yêú và nó đem lại nguồn lợi to lớn, lâu dài về kinh

tế, phù hợp với phát triển nông nghiệp bền vững, phù hợp với chủ trương của

Đảng và nguyện vọng của nhân dân vùng trồng mía

Tuy vậy qua phân tích máy móc để xử lý ngọn lá mía, nhất là mía lưu gốc hiện còn có nhiều điểm chưa phù hợp về kỹ thuật nông học, cấu trúc về cơ khí dẫn đến chất lượng còn hạn chế, chi phí giá thành còn cao Vì vậy mục tiêu của đề tài là:

Tìm ra mẫu máy có khả năng cắt, vùi ngọn lá mía cho mía lưu gốc có cấu tạo máy đơn giản, có khả năng chế tạo trong nước, phù hợp với nguồn

động lực và đồng ruộng phổ biến ở vùng trồng mía, có giá thành rẻ, thuận tiện trong chế tạo, sử dụng, bền vững, hiệu quả hơn các máy hiện có

1.3.2 Nhiệm vụ cụ thể của đề tài

- Nghiên cứu lựa chọn nguyên lý

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và tính toán một số bộ phận làm việc chính của máy

- Nghiên cứu thực nghiệm xác định các thông số cơ bản của máy

- Khảo nghiệm xác định một số chỉ tiêu kỹ thuật kinh tế của máy

2 Một số tính chất cơ lý của lá mía và Đất trồng mía, lựa chọn nguyên lý cắt vùi ngọn lá mía, cho mía lưu gốc

2.1 Một số tính chất cơ lý của lá mía sau thu hoạch và yêu cầu

- Khối lượng ngọn lá mía trên một ha tuỳ thuộc vào năng suất mía nếu năng suất mía càng cao thì khối lượng ngọn lá mía càng nhiều và tuỳ thuộc vào giống mía mà số lượng ngọn lá mía cũng khác nhau Hiện nay năng suất mía từ 75 đến 80 tấn/ha thì lượng ngọn lá mía sau thu hoạch 3 ngày cân được

từ 16,5 đến 24,5 tấn/ha

- Lực kéo đứt lá mía phụ thuộc vào độ ẩm lá mía và các đoạn khác nhau trên lá mía (Hình 2-1) (Theo kết quả nghiên cứu của thạc sĩ Nguyễn Văn Chính [9] )

Yêu cầu lá mía cần cắt nhỏ tới mức dùng cày đĩa đi sau không bị ùn Thực tế xác định với độ dài đoạn lá có kích thước ≥ 35 cm có tỷ lệ < 25% khối lượng lá, nếu đất đủ ẩm, trời không mưa thì dùng cày không bị ùn Nếu đất quá ẩm, trời mưa thì cày dễ bị ùn Nguyên nhân vật liệu bị ẩm tăng khả năng kết dính với nhau gây ùn trong quá trình cày

2.1.2 Một số tính chất cơ lý và địa hình ruộng mía sau khi thu hoạch

Đất trồng mía ở nước phổ biến trồng trên vùng trung du có độ dốc

<15%, có thành phần cơ giới trung bình Loại đất này có cấu tượng tơi xốp có khả năng thấm và thoát nước tốt Độ cứng của đất trồng mía ở một số địa phương, bảng2.1

Bảng 2.1 Độ cứng đất trồng mía phụ thuộc độ sâu

Độ sâu Stt Loại đất Địa chỉ 10 - 20 cm

(N/cm 2 )

20 -30 cm (N/cm 2 )

30 - 40 cm (N/cm 2 )

18,5 20,7 17,5 22,5

20,2 22,0 22,3 23,2

- Mặt ruộng mía sau thu hoạch có dạng gợn sóng bởi luống mía

- Trên luống mía ngọn lá mía phủ kín không theo quy luật nhất định, ngọn lá mía tập trung nhiều ở rãnh, còn một số nằm tràn từ luống nọ sang luống kia,hình 2.2

Tuỳ từng tập quán, trồng mía từng địa phương có khoảng cách B khác nhau, thực tế điều tra B = 0,9 đến 1,4 m Trong đó B = 1,2 m là tiêu chuẩn khuyến khích của nông trường Thống Nhất – Thanh Hoá B = 1,4 m là khoảng cách luống theo tiêu chuẩn quốc tế Tuỳ theo địa phương kỹ thuật chăm sóc và vun đất vào gốc mía theo [9], ta có: h= 7,65 đến 15,7 cm

h B

Hình 2.2 Ruộng mía sau thu hoạch

2.2 Nghiên cứu lựa chọn nguyên lý cắt vùi ngọn lá mía cho mía lưu gốc

2.2.1 Các nguyên lý cắt bằng dao, những yếu tố ảnh hưởng quá trình cắt thái

Quá trình cắt thái diễn ra bởi dao có dạng nêm Lực cắt thái sẽ tạo nên

áp lực riêng giữa lưỡi dao và vật thái dẫn đến sự phá huỷ mối liên kết giữa các phần vật thái làm tách rời chúng ra

Lưỡi dao có thể xem như đoạn thẳng tạo bởi hai mặt vát của nêm giao nhau Dao thường làm bằng kim loại Bề mặt khi mài không tuyệt đối phẳng

do vậy lưỡi dao là giao của hai mặt không phẳng sẽ có hình răng cưa và có chiều dày

Quá trình cắt thái phụ thuộc nhiều yếu tố như hình dạng hình học của dao (độ sắc, góc mài, chiều dày và dạng cạnh sắc), đặc tính vật liệu cắt (vật liệu sợi thớ, vật giòn, dẻo… ), các chế độ động học, động lực học của bộ phận cắt thái…

Viện sĩ V P Goriachkin đã phân thành hai phương pháp cắt thái là cắt

bổ và cắt trượt Cắt bổ là vận tốc tiếp tuyến (VT) giữa lưỡi dao và vật thái VT = 0,còn cắt trượt VT ≠ 0

Qua thí nghiệm rút ra kết luận khi độ trượt giữa dao và vật thái ở vật liệu sợi thớ càng lớn thì lực cắt càng giảm tuân theo đồ thị (hình 2.3) có hàm :

Nhìn đồ thị ta thấy nếu đoạn trượt càng dài thì lực cắt càng nhỏ Nhưng

độ trượt có lực cắt giảm nhanh nhất là đoạn giữa đường cong N3S = const Như vậy để hiệu quả trong quá trình cắt, ta nên chọn độ trượt của dao với vật thái ở mức phù hợp, nếu trượt ít lực cắt giảm không đáng kể, nếu trượt dài quá lực cắt càng không giảm mà tốn quãng đường dịch chuyển của dao

S (mm)

N

Hình 2.3 Biểu diễn cắt trượt viện sĩ VP Goriachkin [24]

Mục đích là tìm những yếu tố ảnh hưởng tới lực cắt và công chi phí cho lực cắt thái từ đó có biện pháp giảm tối đa lực cắt và công cắt Theo tài liệu [24] thì những yếu tố ảnh hưởng quá trình cắt là:

- Độ sắc của lưỡi dao y (mm) (độ dày của lưỡi dao) có ảnh hưởng tới áp lực cắt riêng q (N/cm) được thể hiện qua công thức : q = y σC

Trong đó: σC [N] ứng suất của vật thái, từ đó chúng ta có nhận xét trong việc lựa chọn vật liệu làm dao, quy trình chế tạo sử dụng như thế nào luôn để y nhỏ nhất là cơ sở để giảm chi phí năng lượng cho quà trình cắt

Để cắt đứt vật thái dao thái cần tạo ra áp lực cắt thái riêng cần thiết, đó

là yếu tố chủ yếu, trực tiếp đảm bảo quá trình cắt đứt vật thái

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý quá trình cắt thái bằng lưỡi dao [24]

1- Dao cắt 2- Lớp lá mía 3- Nền ruộng

Gọi lực cắt thái là Q và độ dài đoạn thái là S thì áp lực cắt thái riêng

được tính q = Q/ S (N/cm) Khi dao cắt vào lớp lá mía trên nền ruộng

Góc i giảm tới hạn cho phép (120 - 150)

Độ ẩm của lá mía khi cắt vùi:

Khi thu hoạch lá mía để rải phơi trên mặt đồng, độ ẩm giảm dần, thì áp suất cắt thái riêng cũng thay đổi Kết quả nghiên cứu thực nghiệm nhiều loại thân cây cho kết quả đồ thị hình 2.5 [30]

Trên đồ thị ta thấy độ ẩm wo áp lực cắt thái riêng lớn nhất Khi độ ẩm cao w2 và độ thấp w1 áp lực cắt riêng nhỏ vận dụng để cắt lá mía, ta cắt khi lá còn tươi hoặc đã khô hẳn thì chi phí lực cắt sẽ giảm

Trong quá trình cắt ngoài chú ý áp lực cắt thái ta còn quan tâm tới công

để cắt thái Qua nghiên cứu công để cắt thái phụ thuộc rất lớn vào góc cắt trượt τ công thay đổi thể hiện trên đồ thị (hình 2.6)

Hình 2.6 Đồ thị quan hệ của công riêng A r với góc τ [24]

Đường công phụ thuộc góc τ thể hiện qua biểu thức toán:

Trong tấm kê có hai loại:

- Tấm kê cứng: Cạnh sắc dao chuyển động tạo thành với tấm kê khe hở

- Tấm kê mềm: Dao cắt qua vật thái và cắt cả qua tấm kê như bừa đĩa

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý làm việc của dao cắt có tấm kê cứng [24]

Loại có tấm kê cứng khả năng kẹp vật thái giữa dao và tấm kê chắc hơn

Do vậy lát thái đều ít bị dập vỡ, hao tổn năng lượng do cắt nhỏ hơn cắt bằng tấm kê mềm Tuy vậy để cắt có tấm kê cứng cần có yêu cầu cao hơn

Chế tạo máy phải đảm bảo cạnh sắc dao khi chuyển động ngang qua tấm kê phải tạo ra khe hở hẹp, đều nhau: Do vậy tấm kê phải được bắt trên khung máy cố định cứng vững, dao cắt trên trục không dơ, không lắc, vì nếu dao dơ, lắc sẽ có thể chém vào tấm kê, hoặc làm tăng khe hở giữa dao và tấm

kê Khi đó cắt lá mía sẽ bị kẹt giữa dao và tấm kê gây ra quá tải

- Để dao và tấm kê làm việc tốt thường máy có bộ phận cung cấp vật thái đều đặn và kẹp giữ chắc chắn

- Để cắt tốt phải đảm bảo góc cắt thái = + i (2.4)

: Đủ lớn đảm bảo lớp vật thái như lá mía không trà vào bề mặt dao Góc mài dao i được Reznikne nghiên cứu và đề xuất năm 1975 công thức thể hiện ảnh hưởng tới lực cắt thái:

Qth = Pt + C tg i

Trong đó: C: hệ số có thứ nguyên

Qth: Lực cắt thái tới hạn cần thiết

Pt : Lực cản cắt thái (N)

Góc mài dao i nói chung nên nhỏ nhưng vì độ bền của vật liệu làm dao

có hạn Cho nên góc mài của máy băm thái lá mía thường lấy i = 12 đến 150.

Đồ thị phụ thuộc của q, ACT, Pt với v theo Reznik ta có thể tính lực cắt Pt theo công thức thực nghiệm Pt = 75.10- 0,0019.q v2,6 + 40 (2.5) và người ta xác

định vận tốc tối ưu v = 35 đến 40 m/s

Qua phân tích ưu nhược điểm cắt bằng tấm kê cứng ta thấy về mặt chất lượng tốt và chi phí năng lượng nhỏ, nhưng cấu trúc phức tạp đòi hỏi chế tạo lắp ráp sử dụng chính xác, chỉ phù hợp điều kiện công nghệ cao Nếu áp dụng vào việc băm vùi lá mía hiện nay chưa phù hợp

2.2.2.2 Cắt có tấm kê mềm

Dao có thể cắt qua cả vật thái và tấm kê (hình 2.9) Theo nguyên lý này

để cắt lá mía rải trên mặt đồng thì tấm kê mềm chính là mặt đồng

ω

3

Hình 2.9 Sơ đồ cắt bằng dao có tấm kê là nền ruộng

1-Dao cắt 2-lớp lá mía 3-Nền ruộng

Ưu điểm của phương pháp này: Dao có cấu tạo đơn giản như đĩa cày, bừa, lưỡi phay, lưỡi cuốc…, không cần tấm kê, không cần bộ phận cung cấp vật thái Nếu lưỡi dao cắt có cấu trúc phù hợp, ngoài cắt lá mía còn có thể cắt cả phần đất dưới lớp lá mía làm tơi vỡ, đứt rễ già cây mía và lật úp lên lớp lá vừa cắt thực hiện được đồng thời hai nhiệm vụ, cắt nhỏ ngọn lá mía và vùi sâu vào đất làm phân

Tuy vậy, phương pháp này do dao cắt vào đất nên mau cùn, chi phí năng lượng cho cắt cao, lưỡi dao mau mòn

Qua phân tích nguyên tắc cắt có tấm kê là nền ruộng, đơn giản, hiệu quả làm được cả hai chức năng:Vừa cắt lá mía vừa cắt đất và vùi lá mía vào

an toàn cho sử dụng Mặt khác dao quay vớivận tốc cao, nên lực cắt nhỏ chỉ cần cắt vào gốc mía sẽ giữ dao ngừng quay ,dễ dàng gây cháy, quá tải cho

động cơ

Dao lắp khớp trên trục quay: Theo nguyên lý này vật liệu được dao băm

là do xung lực va đập giữa dao và vật liệu

Loại dao bắt khớp có ưu điểm nếu gặp vật cứng hoặc dai, dao sẽ quay

va đập lên máy

Loại bắt khớp đang được áp dụng ở nhiều loại máy như máy nghiền, máy băm thái thân lá dứa, mía Thuộc đề tài KC0 7-11 đã được sản xuất chấp nhận

Tuy vậy loại này chỉ cắt dập làm nhỏ lá mía sau đó phải tiến hành cày

vùi, dẫn tới chi phí sản xuất cao, nên việc ứng dụng còn hạn chế

2.3 Đề xuất nguyên lý cấu trúc cho máy cắt vùi ngọn -lá mía cho mía lưu gốc

Qua phân tích nguyên tắc làm việc của dao, những yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng cắt thái, phân tích ưu nhược điểm của những máy cắt vùi đã có trong và ngoài nước Tìm hiểu đầy đủ đặc tính cơ lý của lớp lá mía và đất đai vùng trồng mía Chúng tôi đã đi đến lựa chọn nguyên lý, cấu trúc máy cắt vùi theo sơ đồ hình 2.10

Lựa chọn nguyên lý cấu trúc máy cắt vùi ngọn lá mía cho mía lưu gốc

đã đáp ứng được các yêu cầu sau:

Hàng dao đĩa đi trước (1) sẽ cắt ngọn lá mía thành đoạn nhỏ đồng thời nén lớp ngọn lá mía lồng khồng xẹp xuống tạo điều kiện cho hai đĩa chỏm cầu (2) đi sau cày làm tơi và vun đất phủ vào lớp ngọn lá mía đã cắt thành luống

phân và vun gốc công đoạn sau, thực hiện việc làm đất tối thiểu, làm giảm chi phí sản xuất

- Cấu trúc máy đơn giản dễ chế tạo, sử dụng, phù hợp với công suất máy hiện có của Việt Nam

- Phát huy đầy đủ và khắc phục những nhược điểm về nguyên lý và cấu trúc của những máy có trước

3

21

Hình 2.10 Đề xuất sơ đồ nguyên lý cấu trúc máy cắt vùi

ngọn lá mía cho mía lưu gốc

1.Dao cắt trước 2.Gốc mía 3.Chảo cày

3 Nghiên cứu cơ sơ lý thuyết một số bộ phận chính trong máy cắt vùi ngọn lá mía cho mía lưu gốc

3.1 Cơ sở xác định đường kính của hàng dao đĩa cắt trước

Hàng dao đĩa cắt trước có nhiệm vụ cắt nhỏ ngọn lá mía thành đoạn dài nén xẹp khối lá mía xuống để chỏm cầu đi sau cắt đất phủ lên dễ dàng không gây lên ùn tắc

Để hàng dao đĩa cắt và không gây lên ùn phía trước vấn đề cơ bản nhất

là đường kính dao đĩa D phải đủ lớn Để xác định đường kính đĩa dao D cần

có khả năng vơ hết ngọn lá mía vào cắt, nếu ngọn lá mía nào không đứt sẽ bị dìm xuống nền ruộng, ta tiến hành khảo sát sự làm việc của dao đĩa (hình 3.1)

- Các thông số của dao: Đường kính dao D, tâm của dao O, điểm cao nhất và điểm thấp nhất của dao là M, N Điểm lưỡi dao bắt đầu cắt vào khối ngọn lá mía P, điểm dao đi vào trong khối ngọn lá mía Q, độ dày lớp lá mía b,

độ sâu lưỡi dao cắt vào đất a

Khi dao làm việc sẽ thực hiện đồng thời hai chuyển động: Một chuyển

động tịnh tiến theo máy Vm, một chuyển động quay quanh trục dao, vận tốc góc , khi đó tâm quay tức thời là điểm N (điểm thấp nhất của dao)

Nối điểm O với điểm P và điểm M với điểm P góc P = MPO là góc hợp bởi phương pháp tuyến và phương chuyển động của dao tại điểm P

- Nếu gọi ϕ là góc ma sát giữa ngọn lá mía với dao Điều kiện để ngọn lá mía khi cắt không trượt trên cạnh sắc của dao tại điểm p là P ≤ ϕ

- Xét trên cung dao PN ta thấy khi điểm Q chạy trên cung PN ta thấy góc Q nhỏ dần từ P tới N và tại P thì P = Q, tại N thì Q = 0 vì

Q chính là góc nội tiếp chắn cung QN, khi cung QN càng nhỏ thì góc Q càng nhỏ

Vm

NOM

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý làm việc của dao đĩa cắt trước

Nếu P >ϕ thì trên cung PN sẽ có một điểm Q nào đó mà tại đó

P= ϕ Vậy điều kiện giơí hạn để dao cắt không trượt và dìm được ngọn lá mía xuống nền ruộng là P Q ≤ ϕ

a+ b =200+100 = 300 (mm)

300

Để dao cắt không bị ùn tắc, chọn đường kính D thêm một hệ số an toàn

K = 1,2

Vậy: Chọn đường kính dao D = 600.1,2 = 720 mm

3.2 Nghiên cứu chuyển động của đĩa chỏm cầu và đất khi đĩa chỏm cầu làm việc [1]

Khi đĩa chỏm cầu làm việc, trường hợp mặt phẳng vành đĩa đặt lệch so với phương chuyển động của liên hợp máy góc tiến Khi đó đĩa chỏm cầu thực hiện đồng thời hai chuyển động

- Chuyển động quay quanh trục đĩa từ vị trí điểm P đến vị trí điểm M, khi đó cạnh sắc của đĩa cắt đất

- Chuyển động tịnh tiến từ vị trí điểm M đến vị trí điểm N, chuyển động tịnh tiến làm đất dồn vào trong lòng đĩa Trong quá trình đĩa chỏm cầu làm việc,

đĩa chỏm cầu thường xuyên cắt và dồn đất vào đĩa, đất bị uốn làm tơi rạn và rơi xuống mặt ruộng

- Các hình chiếu khi đĩa chỏm cầu làm việc thể hiện trên hình 3-2

- Xét điểm A trên hình chiếu đứng, khi đĩa chỏm cầu quay điểm A quay lần lượt qua các điểm 1 đến 8 là đường elíp

- Trên hình chiếu bằng khi đĩa chỏm cầu quay điểm A vẽ lên đường cong ghềnh

- Trên hình chiếu vuông với mặt phẳng đĩa điểm A đi qua các điểm 1’

đến 8’ vẽ lên đường xicloit Khi điã chỏm cầu quay được một vòng thì điểm A trên vành theo phương PM đi được một đoạn là:

PM = L' = D (D đường kính dĩa chỏm cầu)

Theo phương MN đĩa chỏm cầu chuyển động tịnh tiến được đoạn

MN = L’’ = Dtg ( góc tiến của đĩa chỏm cầu)

Theo phương chuyển động của máy PN đĩa chỏm cầu chuyển động

được đoạn đường PN = L = D/cos

Từ đó ta rút ra nhận xét:

Nếu tại số góc càng lớn thì đoạn PN và MN càng lớn Lập tỷ số:

α

= tgPM

MN

α

=cos

1PM

PN

Ta có nhân xét : Khi càng lớn thì quãng đườngMN lớn, đất dồn vào lòng đĩa nhiều, do vậy đất trong lòng đĩa sẽ có sự chèn ép mạnh, khả năng làm tơi vỡ đất tốt, xong khả năng làm thoát đất kém Nếu cùng trị số ở đất thịt nhẹ, độ ẩm thích hợp thì đất làm tơi tốt, song ở đất thịt nặng độ ẩm cao, nhiều

cỏ thì khả năng tơi kém và còn gây ra ùn đất trước đĩa Đây là cơ sở để ta chọn góc cho phù hợp với từng loại đất khi dùng công cụ đĩa chỏm cầu

N

l'' = ΠD tgα l' = ΠD