Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến chi phí năng lượng riêng và chất lượng sản phẩm của máy thái cỏ làm thức ăn cho bò

Luận văn

“Nghiªn cøu ¶NH H¦ëng cña MéT Sè th«ng sè

phÈm cña m¸y th¸I cá lµm thøc ¨n cho bß ”

luËn v¨n th¹c sÜ khoa häc kÜ thuËt

Chuyªn ngµnh: KÜ thuËt M¸y & ThiÕt bÞ

2

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 cho việc thực hiện luận văn này

đã đ−ợc cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này đã đ−ợc chỉ rõ

nguồn gốc

Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Cao Đăng Đáng

3

Lời cám ơn

Sau thời gian học tập tại trường và thực hiện đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến chi phí năng lượng riêng và chất lượng sản phẩm của máy thái cỏ làm thức ăn cho bò” đến nay đã hoàn thành dưới sự

hướng dẫn tận tình của Thầy giáo T.S Trần Như Khuyên và các thầy cô giáo Khoa cơ điện, Khoa sau đại học Trường đại học Nông nghiệp I - Hà nội và phòng nghiên cứu CGH Chăn nuôi - Viện Cơ điện Nông nghiệp & Công nghệ STH cùng với sự nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ bạn bè

Tôi xin chân thành cám ơn Thầy giáo T.S Trần Như Khuyên đã giúp đỡ

và hướng dẫn tôi, sự giúp đỡ của các thầy cô và đơn vị nơi tôi công tác cùng toàn thể bạn bè đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn này Song vì thời gian có hạn và kinh nghiệm thực tế của bản thân còn hạn chế nên

đề tài không thể tránh khỏi những sai sót, tôi rất mong được sự góp ý của các thầy, cô giáo và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn

Cao Đăng Đáng

4

Bảng ký hiệu

a – chiều cao họng thái

b – chiều rộng họng thái

l – chiều dài đoạn thái

Nr – chi phí điện năng riêng

δ - độ đồng đều đoạn thái

ζ - độ không đồng đều đoạn thái

P – lực cắt

S - độ dịch chuyển của l−ỡi dao

q - áp suất cắt thái riêng

5

mục lục

lời cam đoan ……… …… ….…i

Lời cám ơn……… ……… ii

Bảng ký hiệu……….… …….……… iii

Mục lục……….…….……… ………….……… iv

Danh Mục các hình…… ……… ………….……… vi

Danh Mục bảng biểu… ……… ………….…… ……… vii

Lời mở đầu….………….……… 1

Chương 1: tổng quan nghiên cứu về máy tháI cỏ 1.1 ý nghĩa của việc thái cỏ làm thức ăn cho bò….…… 3

1.2 Đặc điểm của một số loại cỏ làm thức ăn cho bò ở nước ta .5

1.3 Tình hình nghiên cứu áp dụng máy thái cỏ trong và ngoài nước 6

1.3.1 Tình hình nghiên cứu áp dụng máy thái cỏ trên thế giới 6

1.3.2 Tình hình nghiên cứu áp dụng máy thái cỏ ở việt nam 11

Chương 2: đối tượng và phương pháp nghiên cứu 2.1 Đối tượng nghiên cứu 16

2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 18

2.2.1 Phương pháp nghiên cứu đơn yếu tố 19

2.2.2 Phương pháp nghiên cứu đa yếu tố 19

2.2.3 Phương pháp nghiên cứu tối ưu tổng quát 24

2.3 Phương pháp xác định các thông số ra…… 26

2.2.1 Phương pháp xác định chi phí năng lượng riêng 26

2.3.2 Phương pháp xác định chất lượng của sản phẩm 26

2.3.3 Phương pháp xác định áp suất riêng, góc trượt, góc ma sát 27

2.4 Phương pháp xử lý và gia công số liệu thực nghiệm 28

Chương 3: cơ sở lý thuyết quá trình cắt thái 3.1 Cơ sở vật lý của quá trình cắt thái 29

3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cắt thái bằng lưỡi dao 30

3.2.1 áp suất cắt thái riêng … 30

3.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng chính của dao 31

6

3.2.3 Điều kiện trượt của lưỡi dao trên vật thái 33

3.2.4 Điều kiện kẹp vật thái giữa lưỡi dao và tấm kê 35

3.2.5 Độ bền và chất lượng của vật thái ……… 38

Chương 4: cơ sở lý thuyết tính toán máy thái cỏ tc.5,0 4.1 Thiết kế sơ đồ dao thái…… 39

4.1.1 Yêu cầu cơ bản đối với một sơ đồ dao thái .39

4.1.2 Sơ đồ và kích thước cơ bản của dao thái 39

4.1.3 Phân tích tính toán sơ đồ dao thái 40

4.1.4 Năng lượng cắt thái và công cắt thái riêng 45

4.1.5 Động lực học máy thái…… … 50

4.2 Tính toán và lựa chọn các thông số thiết kế chính của máy thái 53

4.2.1 Năng suất lý thuyết 53

4.2.2 Số vòng quay của đĩa dao 53

chương 5: kết quả nghiên cứu thực nghiệm 5.1 vật liệu và dụng cụ thí nghiệm 55

5.1.1 Vật liệu và điều kiện thí nghiệm 55

5.1.2 Dụng cụ thí nghiệm 55

5.2 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố 55

5.2.1 ảnh hưởng của yếu tố x1 55

5.2.2 ảnh hưởng của yếu tố x2 59

5.2.3 ảnh hưởng của yếu tố x3 63

5.3 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố 67

5.4 Kết quả nghiên cứu tối ưu tổng quát 71

kết luận và kiến nghị 73

Tài liệu tham khảo 74

7

Danh Mục các hình

Hình 1.1 máy thái PCB 3,5 7

Hình 1.2 máy thái KNK 1,4 8

Hình 1.3 liên hợp máy cắt thái KY Φ 1,8 9

Hình 1.4 máy thái PCC 6,0 10

Hình 1.5 máy thái trống Hà Nam 12

Hình 1.6 máy thái trống Nam Hồng 12

Hình 1.7 máy thái đĩa VINODAN 13

Hình 2.1 sơ đồ nguyên lý cấu tạo máy thái CT.5 16

Hình 2.2 đồ thị hàm Yj 25

Hình 2.3 dụng cụ đo lực cắt riêng 27

Hình 2.4 dụng cụ đo góc cẳt trượt 28

Hình 3.1 tác dụng cắt thái của lưỡi dao 29

Hình 3.2 đồ thị phụ thuộc lực cắt R vào độ dịch chuyển S 29

Hình 3.3 cạnh sắc lưỡi dao 31

Hình 3.4 góc cắt thái 31

Hình 3.5 đồ thị phụ thuộc của lực cắt với độ sâu thái 32

Hình 3.6 đồ thị phụ thuộc của áp suất cắt thái riêng với vận tốc 32

Hình 3.7 vận tốc điểm M trên cạnh sắc lưỡi dao 33

Hình 3.8 phân tích lựctác động giữa lưỡi dao và vật thái 34

Hình 3.9 đồ thị phụ thuộc của δ với N 36

Hình 3.10 góc kẹp và điều kiện kẹp 36

Hình 3.11 đồ thị phụ thuộc của áp suất cắt thái và độ ẩm 38

Hình 4.1 sơ đồ kích thước cơ bản của dao thái 39

Hình 4.2 sơ đồ tính toán dao thái 41

Hình 4.3 tính độ dài đoạn lưỡi dao tham gia cắt thái 42

Hình 4.4 sơ đồ tính năng lượng cắt thái 46

Hình 4.7 đồ thị thực nghiệm biểu diễn mối quan hệ q và ι 48

Hình 4.8 đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa f’và tg ι 48

Hình 4.9 đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Ar và ι 49

Hình 4.10 đồ thị mômen cắt thái 52

Hình 5.1 đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của số vòng quay 59

8

Hình 5.2 đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của lớp bề dày vật thái 63

Hình 5.3 đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tốc độ cấp liệu 67

Danh Mục bảng biểu Bảng 1.1 đặc tính kỹ thuật của một số loại máy thái 13

Bảng 3.1 các thông số cơ bản tính toán thiết bị 38

Bảng 4.1 kết quả tính toán các thông số của sơ đồ dao thái 45

Bảng 4.2 công cắt thái riêng 48

Bảng 4.3 mômen cắt thái 50

Bảng 5.1.a ảnh hưởng của x1 tới Y1 56

Bảng 5.1.b ảnh hưởng của x1 tới Y2 57

Bảng 5.2.a ảnh hưởng của x2 tới Y1 60

Bảng 5.2.b ảnh hưởng của x2 tới Y2 61

Bảng 5.3.a ảnh hưởng của x3 tới Y1 64

Bảng 5.3.b ảnh hưởng của x3 tới Y2 65

Bảng 5.4 mức biến thiên và khoảng biến thiên của các yếu tố 68

Bảng 5.5 các hệ số hồi quy có nghĩa 69

Bảng 5.6 kiểm tra tính thích ứng của mô hình toán 69

Bảng 5.7 giá trị tối ưu của các yếu tố 70

Bảng 5.8 các hệ số hồi quy dạng thực 71

9

I Lời mở đầu

* Thực hiện chủ chương của Đảng và Nhà nước về Công nghiệp hoá - Hiện

đại hoá Nông nghiệp Nông thôn, các địa phương tiến hành chuyển dịch cơ cấu cây trồng vật nuôi, áp dụng những tiến bộ Khoa học kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp, mà ngành chăn nuôi đóng một vai trò hết sức quan trọng Chính vì vậy hệ thống các trại chăn nuôi đã hình thành và phát triển nhanh trên diện rộng, với qui mô ngày càng lớn, trong đó có chăn nuôi bò thịt và bò sữa Hàng ngàn trang trại chăn nuôi với số lượng 30 - 2000 con bò thịt, sữa đã

được hình thành đã tạo ra những khu vực chăn nuôi quy mô công nghiệp, đưa tổng số lượng đàn bò trong cả nước lên trên 4.500.000 con Song tình trạng thiếu thức ăn ở các địa phương vốn chưa được giải quyết, nay càng trở nên bức bách hơn, nhất là thức ăn xanh thô cho mùa trái vụ

Việc đưa cơ giới vào phục vụ chế biến thức ăn chăn nuôi và các khâu chăm sóc vật nuôi là điều kiện tiên quyết để nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm và hiệu quả chăn nuôi Thức ăn chính của bò sử dụng chủ yếu là loại thức ăn thô xanh và một lượng thức ăn tổng hợp khác Loại thô xanh chủ yếu

là các loại cỏ trồng, cỏ mọc tự nhiên, hay các loại phế phụ phẩm nông nghiệp (thân cây ngô, lạc, đỗ, rơm…)

Do kích thước và đặc tính cơ lý, các loại nguyên liệu này cần phải được chế biến thì bò mới ăn được hết không gây lãng phí thức ăn, và chế biến thức ăn ủ chua

đạt chất lượng cần thiết Việc cắt thái các loại nguyên liệu này khó khăn và nặng nhọc, lao động thủ công không đáp ứng được năng suất và chất lượng Để kịp thời phục vụ cho việc sơ chế thức ăn thô xanh và chế biến thức ăn ủ chua của các cơ sở, trang trại chăn nuôi đang phát triển mạnh cần tạo ra mẫu thiết bị thái đáp ứng các yêu cầu năng suất, chất lượng là rất cần thiết

Được sự đồng ý của Ban chủ nhiệm Khoa Cơ điện - Bộ môn máy NN - Trường ĐHNN I, dưới sự hướng dẫn của Thày giáo TS Trần Như Khuyên, đề

tài:“Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến chi phí năng lượng riêng

và chất lượng sản phẩm của máy thái cỏ TC- 5,0 làm thức ăn cho bò”

10

* Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: Nghiên cứu cơ sở khoa học xác định một số thông số về cấu tạo, chế độ làm việc của máy thái TC-5,0 nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm thái và giảm chi phí điện năng riêng cho quá trình cắt thái

* Nhiệm vụ nghiên cứu: Để thực hiện mục tiêu nêu trên, nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài bao gồm:

- Nghiên cứu đặc điểm cơ lý tính của cỏ làm thức ăn cho bò;

- Tìm hiểu cơ sở lý thuyết của quá trình cắt thái băng lưới dao;

- Nghiên cứu thực nghiệm xác định ảnh hưởng của một số thông số

đến chất lượng sản phẩm thái, và chi phí năng lượng riêng;

- Xác định giá trị tối ưu của các thông số làm cơ sở cho việc thiết

kế và chế tạo máy;

- Chế tạo và ứng dụng máy trong điều kiện sản xuất

11

Chương 1 tổng quan nghiên cứu

1.1 ý nghĩa của việc thái cỏ làm thức ăn cho bò

Thái rau cỏ thành những phần tử có kích thước nhỏ hơn là công đoạn rất cần thiết để chế biến thức ăn cho bò Để phát triển quy mô sản xuất lớn ở các trang trại trong nước, thì phải cần một lượng thức ăn lớn Mà việc cung cấp một lượng thức ăn lớn như vậy không thể tiến hành bằng lao động thủ công được Nên yêu cầu đặt ra là phải áp dụng các biện pháp cơ giới vào thay thế lao động thủ công đem lại hiệu quả kinh tế Vì vậy đòi hỏi phải tính toán thiết kế các loại máy thái phù hợp với điều kiện sản xuất ở trong nước

Quá trình cắt thái là quá trình chia nhỏ kích thước của rau cỏ tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tiêu hoá của đàn bò, giúp tiêu hoá thức ăn dễ dàng hơn Đồng thời thức ăn thô được băm thái so với cách cho ăn cả cây sẽ tốt hơn rất nhiều vì tận dụng được nguồn nguyên liệu bao gồm cả phần thân non lẫn gốc già và cứng không gây lãng phí thức ăn Việc cắt thái cỏ thành những

đoạn nhỏ còn tạo điều kiện rất thuận lợi cho quá trình chế biến tiếp theo như làm héo, phơi khô hoặc ủ chua

Đối với đàn bò thì nguồn thức ăn thô xanh là chủ yếu, nó chiếm tới 80- 95% khẩu phần ăn hàng ngày.[2],[18] Nhưng lượng thức ăn thô xanh ở nước ta lại tổ chức sản xuất có mùa vụ (vào mùa hè, mùa thu ở phía Bắc và ở mùa mưa

ở phía Nam), nên việc tổ chức chăn nuôi tập trung quy mô công nghiệp, cần phải giải quyết tốt được vấn đề dự trữ thức ăn cho đàn bò vào mùa trái vụ Đây

là một yếu tố quyết định đến sự tồn tại và phát triển của đàn bò Với mỗi con

bò thì trung bình một ngày cần khoảng 25 kg thức ăn thô xanh, như vậy với một cơ sở nuôi bò khoảng 100 con thì cần đến hàng nghìn tấn thức ăn hàng năm Vấn đề chế biến thức ăn quy mô lớn thì việc cơ giới hoá càng trở nên cần thiết hơn ở các cơ sở chăn nuôi bò theo quy mô công nghiệp hiện nay Qúa trình thái nhỏ rau cỏ tươi chỉ là một công đoạn trong quy trình chế biến thứcăn thô- xanh dự trữ cho đàn bò Mặc dù vậy nó là một công đoạn không thể thiếu

được trong các cơ sở chăn nuôi bò theo quy mô công nghiệp

Thøc ¨n ñ

chua dù tr÷

Lµm thøc ¨n xanh

13

1.2 Đặc điểm một số loại cỏ làm thức ăn cho bò ở nước ta[2,4,12]

- Cỏ tranh: Có mặt ở hầu khắp các nước vùng nhiệt đới ở Việt nam loại

cỏ này phát triển ở khắp các vùng trong cả nước Đây là loại cỏ phát triển rất mạnh, thân mỏng, lá như lá lúa Sau khi đốt thì cỏ tranh non mọc lên được dùng làm thức ăn cho gia súc

- Cỏ mật: Có chừng 60 loại khác nhau, được trồng rộng trên khắp các lục

địa: châu Phi, châu Mỹ, châu úc ở miền Bắc nước ta cỏ mật bao gồm nhiều loại khác nhau, loại mọc bằng thân, loại mọc lại thành cụm, cao gần 1m, màu xanh thẩm, lá mềm, phẳng, trồng nhiều ở vùng Hưng Yên và Hải Phòng Trung bình một sào Bắc bộ hàng tháng có thể thu hoạch được khoảng 450 kg

- Cỏ Xu - Đăng: Có nguồn gốc ở châu Phi (phát triển mạnh dọc theo bờ sông Nin), sau đó lan rộng ra châu Âu, châu Mỹ … Loại cỏ này được đưa vào nước ta từ những năm 1956, có mặt đầu tiên ở vùng đồng bằng Nam bộ sau đó mới phát triển ra các vùng khác và hiện nay được phát triển mạnh ở các nông trường quốc doanh Cỏ phát triển mạnh, khi thu hoạch cây cỏ có chiều cao khoảng 2 - 3m thân cứng Mỗi năm thu hoạch được từ 3 - 4 lần sản lượng trung bình 45 tấn/ha

- Cỏ voi: Nguồn gốc từ châu Phi và sau đó lan khắp Bắc Phi và Nam Phi

ở nước ta cỏ voi được trồng đầu tiên ở Huế sau đó chuyển ra trồng ở các tỉnh phía bắc Thanh Hoá, Ninh Bình… và hiện nay được phát triển rộng khắp các trang trại chăn nuôi gia súc trên cả nước Thân cây cao từ 2,5 - 3m, đường kính 20 - 30 mm, ruột rỗng gồm nhiều đốt, các đốt gần gốc có rễ như mía, rất cứng Trung bình một năm có thể thu hoạch 9 - 10 lượt, năng suất trung bình mỗi lần cắt đạt khoảng 12 - 15 tấn/ha

- Cây mía: Có mặt hầu hết mọi miền trên nước ta, thân cây to, có nhiều

đốt, mềm, có chứa hàm lượng đường khá cao, là mía dẹt được dùng làm thức

ăn cho gia súc Trồng một lần có thể sử dụng nhiều năm, song năng suất thu hoạch không cao và mỗi năm có thể thu hoạch được từ 4 - 5 lần Năng suất trung bình khoảng 30 tấn/ha

14

Theo nghiên cứu của các Nhà khoa học Viện Chăn nuôi quốc gia [18]

đưa ra thành phần hoá học và giá trị dinh dưỡng của một số loại thức ăn thô

(%)

Protin (%)

Đường tan (%)

Tỷ lệ tiêu hoá chất hữu cơ (DOM) (%)

Năng lượng trao đổi (ME) (Kcal/Kg)

Kết quả trên cho thấy cỏ voi là một loại thức ăn thô cung cấp thành phần

dinh dưỡng cho gia súc trên một đơn vị sản phẩm thức ăn tương đối cao so với

các loại khác Chính vì vậy hiện nay hầu hết các trang trại chăn nuôi bò thì

nguồn thức ăn thô xanh chính chỉ là cỏ voi, vì chúng phù hợp với điều kiện

canh tác của các địa phương rễ thích nghi với điều khiện khí hậu và cho năng

cho năng suất thu hoạch tương đối cao

1.3 Tình hình nghiên cứu áp dụng máy thái trong và ngoài nước

1.3 1 Tình hình nghiên cứu áp dụng máy thái cỏ trên thế giới [3], [8],[10],[20]

Đối với các trang trại nuôi bò sữa ở nước ngoài việc cơ giới hoá đã được

thực hiện từ rất lâu trong tất cả các khâu từ việc sản xuất, chế biến, dự trữ thức

ăn cho đến khâu vắt sữa thu gom và bảo quản sữa Trong sản xuất, chế biến

thức ăn thì khâu thái nhỏ cỏ là một mắt xích rất quan trọng

Cho đến nay trước sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật nói

chung và của ngành cơ khí nói riêng thì các máy thái ngày càng được cải tiến

và phát triển rất đa dạng Nó trở nên hoàn thiện hơn và phù hợp với nhu cầu

thực tế của con người trong quá trình sản xuất

Sau đây là một số loại máy thái đã và đang đựơc sử dụng ở một số nước

trên thế giới:

- Hai trục cuốn cung cấp (4) và (5) kiểu răng

- Họng thái có tấm kê thái (10)

- Trống lắp dao (7) và cơ cấu chuyển động

Hình 1.1: Máy thái PCB - 3,5

Hoạt động: Cỏ đ−ợc đặt thành lớp phẳng lên băng chuyền và đ−ợc

chuyển vào bộ phận trục cuốn cung cấp Các trục này cuốn nguyên liệu nén cỏ

xuống rồi đẩy vào họng thái tới các trống dao Sản phẩm thái rơi theo máng

nghiêng xuống nền và thu đi bằng tay

Ưu điểm: - Năng suất phù hợp với các trang trại sản xuất nhỏ

- Máy có cấu tạo đơn giản hơn

Nh−ợc điểm: - Máy cố định, không có tính cơ động

- Thu sản phẩm thái còn thực hiện thủ công

- Muốn thay đổi chiều dài đoạn thái thì ta phải tháo bớt hai l−ỡi dao đối xứng

16

* Máy cắt - thái cỏ KИK-1,4

Cấu tạo: Gồm có các bộ phận chính

- Guồng gạt

- Băng chuyền tải nguyên liệu

- Trục quay để nén nguyên liệu

- Bộ phận thái nhỏ

- ống dẫn thu sản phẩm thái

Hình 1.2: Máy cắt thái cỏ KИK 1,4

1 - Guồng gạt; 2- Trục đ−a; 3- Bộ phận cung cấp;

4- Trục cuốn cung cấp; 5- ống dẫn; 6- Bộ phận thái nhỏ; 7- Băng chuyền

Hoạt động: Guồng gạt đ−a thân cây đến bộ phận cắt, sau khi cắt

xong cỏ đ−ợc đ−a lên băng tải, trên băng tải nguyên liệu đ−ợc nén chặt nhờ trục quay, sau đó đ−ợc chuyển tới bộ phận cung cấp của phần thái Từ bộ phận cung cấp nguyên liệu đ−ợc đ−a vào thái nhỏ Sau khi thái nhỏ sản phẩm đ−ợc

đ−a tới ống dẫn, dẫn tới xe vận chuyển

Ưu điểm: - Kết hợp đ−ợc cả quá trình cắt và thái nhỏ nguyên liệu

- Máy có thể hoạt động tĩnh tại hoặc di động

- Việc cơ khí hoá đ−ợc thực hiện hoàn toàn từ khâu cắt đến

khâu thu hồi sản phẩm

Hạn chế: - Máy chỉ thích hợp với quy mô sản xuất lớn, không thích

hợp với quy mô sản xuất trung bình và nhỏ

bộ phận thái nhỏ vừa có tác dụng thái nhỏ vừa có tác dụng chuyển khối lượng

đã thái nhỏ được vào ống dẫn đưa ra ngoài

Ưu điểm: Máy KYф-1,8 có ưu điểm

- Kết hợp được cả quá trình cắt và thái nhỏ nguyên liệu

- Máy có thể di động trên đồng

- Việc cơ khí hoá được thực hiện hoàn toàn từ khâu cắt đến

khâu thu hồi sản phẩm

Hạn chế: Cấu tạo máy phức tạp đòi hỏi người sử dụng phải hiểu biết

về kỹ thuật, máy chỉ phù hợp với quy mô sản xuất lớn

18

* Máy thái PPC - 6,0

Đây là máy thái kiểu đĩa đứng, lắp dao cong, có thể di động được, dùng

để thái rơm, cỏ làm thức ăn cho đại gia súc

- Bộ phận thu vật thái: kiểu quạt chuyền, ống dẫn nối từ buồng thái lên cao, trên cùng là máng dẫn liệu

- Bộ phận động lực và truyền động gồm động cơ điện, bộ đai và bánh đai dẹt, bộ phận ly hợp và cặp bánh răng

Hình 1.4: Máy thái PCC - 6,0

1- Khung máy; 2- Dây chuyền cấp liệu;

3- Vít điều chỉnh độ căng băng chuyền ; 4- Trục cuốn dưới; 5-Trục cuốn trên; 6- Lò xo điều chỉnh độ nén; 7- Tấm kê thái; 8- Cánh lắp dao; 9- Cánh quạt; 10- Bu lông lắp dao;

19

11- Vít điều chỉnh khe hở giữa lưỡi dao và tấm kê; 12- ống dẫn khí; 13- Động cơ điện; 14- Bánh đai; 15- Bộ ly hợp;

16- Cặp bánh răng điều chỉnh độ dài đoạn thái

Hoạt động: Khi máy làm việc thì cỏ được cấp trên băng chuyền

cung cấp, từ đây nguyên liệu sẽ được đưa vào 2 cặp trục cuốn rồi đưa tới họng thái, cỏ sau khi được thái nhỏ rơi xuống trong buồng thái từ đó được các cánh quạt hất lên và thổi theo các ống vào trong máng dẫn đi ra ngoài

Ưu điểm: - Năng suất cắt thái cao

- Máy có cấu tạo bền vững

- Đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật của việc cắt thái

Nhược điểm: - Dao thái rất nhanh bị mẻ, phải thường xuyên mài lại

- Bộ phận truyền chuyển động cho các cơ cấu làm việc

còn phức tạp trong quá trình chế tạo cũng như khó hiệu chỉnh và hay thay đổi theo yêu cầu của người sử dụng

1.3.2 Tình hình nghiên cứu và áp dụng máy thái ở Việt nam [11],[17],[19]

Các loại máy thái được nhập nhiều vào nước ta trong thời gian trước và sau năm 1975 dưới dạng hàng viện trợ của các nước xã hội chủ nghĩa anh em, như máy PCB 3,5 hay PCC.6 trang bị tại các nông trường chăn nuôi lớn như Mộc Châu, Ba Vì, …/ Nhưng với điều kiện sản xuất trong nước thì các loại máy này còn nhiều hạn chế, vì vậy để phù hợp với điều kiện sản xuất ở trong nước yêu cầu chúng ta phải cải tiến và từng bước khắc phục những nhược

điểm đó Để có mẫu máy phù hợp với điều kiện sản xuất trong nước một số cơ

sở, trung tâm đã tiến hành nghiên cứu, khắc phục nhưng nhược điểm của máy thái nhập ngoại đó là: Khoa Cơ điện trường Đại học Nông nghiệp Ι- Hà Nội, Trung tâm nghiên cứu Trâu và Đồng cỏ Sông Bé, Khoa Cơ khí Trường Đại học Nông lâm, và một số cơ sở công ty cơ khí ở Hà Nam, Hà Nội, Đồng Tháp, Bình Dương, Đồng Nai…

Hiện nay một số máy thái đang được sử dụng ở các nông trường và trang

trại trong nước:

20

* Máy thái trống dao thẳng

Loại máy này do cơ khí Hà Nam chế tạo (hình 1.5) Máy có năng suất nhỏ khoảng 0.4 t/h, phù hợp với quy mô chăn nuôi hộ gia đình

Hình 1.5: Máy thái trống dao thẳng

* Máy thái trống, có lô nén cấp liệu

Loại máy này do Cơ khí Nam Hồng, Hà Nội chế tạo (hình 1.6) Máy có năng suất trung bình 0,8 t/h Cũng giống như loại máy thái trống dao thẳng loại máy này cũng chỉ phù hợp với chăn nuôi quy mô nhỏ

Hình 1.6: Máy thái trống có lô nén cấp liệu

* Ngoài ra còn có máy thái kiểu đĩa dao thẳng do xưởng Cơ khí

21

Hình 1.7 Máy thái đĩa dao thẳng VINODAN

Qua tìm hiểu thông tin tài liệu và các mẫu máy thái trong và ngoài nước

thực tế đang sử dụng đã đưa ra được các thông số kỹ thuật của một số loại

máy thái trong bảng 1.1

* Nhìn chung vấn đề thái cỏ làm thức ăn cho gia súc và đại gia súc cả

trong và ngoài nước hiện nay đều được thực hiện bằng máy thái với hai loại

nguyên lý là: máy thái kiểu đĩa và máy thái kiểu trống, trên đó có lắp dao

thẳng hoặc dao cong Thực tế cho thấy đối với máy thái kiểu đĩa có kết cấu

đơn giản dễ chế tạo, chi phí năng lượng riêng thấp hơn so với máy thái kiểu

trống, vì vậy ở các cơ sở chăn nuôi trong nước hiện nay chủ yếu sử dụng máy

22

thái kiểu đĩa Trong máy thái kiểu đĩa có thể lắp dao thẳng hoặc dao cong, khi lắp dao cong thì góc trượt tăng dần thuận lợi cho quá trình cắt thái nhưng đồng thời góc kẹp cũng tăng dần do đó không đảm bảo điều kiện kẹp, đặc biệt là ở thời điểm cuối của quá trình cắt thái rất dễ bị bỏ sót làm cho độ dài đoạn thái không đồng đều Khi thái với nguyên liệu là cỏ voi vì tiết diện thân cây là hình tròn nên điều kiện kẹp vật thái càng khó hơn Ngược lại đối với khi lắp dao thẳng thì càng về cuối quá trình cắt thái điều kiện kẹp vật thái càng được

sẽ giảm được công vận chuyển, nhưng tiếng ồn lại ảnh hưởng tới vật nuôi Chế biến tập trung có điều kiện thuận lợi cho việc nhập cỏ và đầu tư thiết bị chế biến hiệu quả hơn Việc bố trí địa điểm sơ chế thức ăn thô xanh có liên quan tới chi phí chăn nuôi và yêu cầu trang bị máy móc Tại các trang trại chăn nuôi trên 200 con với hai phương thức tổ chức sản xuất như trên đều phải trang bị máy có năng suất trên 3t/h mới có thể đáp ứng được nhu cầu chế biến thức ăn hằng ngày và thức ăn dự trữ của trang trại

* Qua phân tích ưu nhược điểm và tình hình sản xuất thực tế của các máy và dựa trên hai nguyên lý thái kiểu trống và thái kiểu đĩa nhận thấy:

- Máy thái trống dao thẳng: năng suất máy không cao chi phí điện năng riêng cho quá trình cắt thái lớn

- Máy thái trống dao cong: cấu tạo phức tạp, công nghệ chế tạo trong nước còn thấp chưa phù hợp

* Xuất phát từ những yêu cầu thực tế trên đề tài đã nghiên cứu thiết kế chế tạo mẫu máy thái cỏ TC.5 Mẫu máy thái được lựa chọn và thiết kế so với các loại máy thái khác hiện đang được sử dụng và một số máy thái của nước ngoài thì mẫu máy thái TC.5 có một số điểm khác biệt:

- Hai phần cấp liệu và thái có bộ phận truyền động độc lập với nhau

- Băng tải cấp liệu cho bộ phận thái, việc thay đổi kích thước sản phẩm thái và xử lý được tắc kẹt nhờ có cơ cấu dừng chuyển động tức thời và

đổi chiều di chuyển của bộ phận cấp liệu và lô nén

- Phần nén liệu được thực hiện bằng lô chủ động của băng tải cao su và lô nén có gân thẳng quay ngược chiều nhau kết hợp với lò xo

- Máy cấu tạo gồm hai bộ phận ghép với nhau là bộ phận cấp liệu (băng tải) và bộ phận thái (máy thái)

24

Chương 2 đối tượng và phương pháp nghiên cứu

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Cây cỏ voi dùng làm thức ăn cho bò

Nghiên cứu các thông số cơ bản của máy thái cỏ TC.5

Trên hình 2.1 là sơ đồ nguyên lý máy thái cỏ TC.5, mẫu máy được chế tạo tại Trung tâm chế tạo mẫu - Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ Sau thu hoạch

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của máy thái cỏ CT.5

1- Đĩa dao; 2- Lô cuốn; 3- Động cơ lô cuốn; 4- Trống chủ động băng tải;

5- Khung băng tải; 6- Băng tải; 7- Trống bị động băng tải;

8-Động cơ điện băng tải; 9- Động cơ điện dùng cho bộ phận thái; 10- Bộ truyền đai; 11- Dao thái; 12- Cửa thoát liệu

25

* Nguyên lý cấu tạo:

Bộ phận cung cấp nguyên liệu gồm một băng tải (6), cặp trục cuốn (2)

và (4), có nhiệm vụ vận chuyển và nén ép khối nguyên liệu trước khi đưa vào họng thái ở đây băng tải được làm bằng cao su và được căng trên hai trống

‘trống chủ động (4) và trống bị động (7)’, băng tải được điều chỉnh độ căng nhờ vít điều chỉnh Để tăng khả năng cắt đứt nguyên liệu thì ở họng thái có sử dụng tấm kê thái, tấm kê là một dao tĩnh

Bộ phận thái dạng đĩa gồm có: đĩa dao (1), trên đĩa có cánh lắp dao (11) dùng để lắp dao ở mẫu máy này chúng tôi sử dụng số dao trên đĩa là hai dao

Bộ phận thu liệu dạng cánh gạt dùng để đẩy nguyên liệu theo ống thoát liệu (12) ra ngoài

Bộ phận truyền động là đai thang và xích truyền chuyển động từ động cơ (8, 9) đến trục máy

* Máy có ưu điểm:

- Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo dễ bố trí dao, tạo sản phẩm thái có độ

đồng đều tương đối cao và chi phí năng lượng của máy giảm

- Vật liệu sau khi cắt thái được cánh gạt đẩy ra ngoài dọc theo ống (12), vì vậy việc lấy sản phẩm đơn giản hơn, dễ cơ giới hoá hơn vì chỉ việc đưa thùng xe vào để máy tự phụt sản phẩm vào thùng xe mà không cần thu bằng phương pháp thủ công

26

2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Bằng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, xác định ảnh hưởng của các yếu tố đến chất lượng sản phẩm và chi phí năng lượng riêng Qua đó tìm ra giá trị tối ưu của các thông số làm cơ sở cho việc thiết kế chế tạo máy Nhiều yếu

tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm thái và chi phí điện năng riêng, đó là:

- Số vòng quay của đĩa dao;

- Góc nghiêng của dao;

- Số lượng dao;

- Khoảng cách tấm kê và lưỡi dao;

- Bề dày của lớp vật liệu thái;

- áp lực nén ép vật liệu thái;

- Vận tốc cấp liệu…

Trong quá trình nghiên cứu vì điều kiện thời gian và kinh phí không cho phép chúng tôi không thể đưa tất cả các yếu tố trên vào nghiên cứu thực nghiệm mà cần lựa chọn những yếu tố chính có ảnh hưởng nhiều đến thông số cần nghiên cứu và loại bỏ những yếu tố ảnh hưởng không đáng kể đến chất lượng sản phẩm, chi phí điện năng riêng của máy

Để lựa chọn các yếu tố có ảnh hưởng nhiều và cần được nghiên cứu, bằng phương pháp thu thập thông tin qua các tài liệu tham khảo đặc biệt là tìm hiểu các mẫu máy thực tế đang sử dụng trong sản xuất ở các trang trại chăn nuôi trong nước, chúng tôi đã lựa chọn các yếu tố có ảnh hưởng nhiều và cần

được nghiên cứu như sau:

Các thông số “vào”:

- Số vòng quay của đĩa dao: n, (v/p);

- Bề dày của lớp vật liệu thái: a, (cm);

27

2.2.1 Phương pháp nghiên cứu đơn yếu tố

Phương pháp nghiên cứu đơn yếu tố nhằm nghiên cứu ảnh hưởng của từng yếu tố vào tới thông số ra, qua đó tìm được mức biến thiên khoảng biến thiên và khoảng nghiên cứu thích hợp cho mỗi yếu tố, làm cơ sở cho phương pháp thực nghiệm đa yếu tố

Nguyên tắc chung của phương pháp này là cố định các yếu tố khác, chỉ thay đổi một số yếu tố để xác định ảnh hưởng của yếu tố đó tới thông số ra

2.2.2 Phương pháp nghiên cứu đa yếu tố

Phương pháp này còn gọi là phương pháp quy hoạch thực nghiệm, nhằm nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của nhiều yếu tố tới thông số mục tiêu

Ưu điểm của phương pháp này là cho phép nghiên cứu sự ảnh hưởng

đồng thời của nhiều yếu tố vào tới từng thông số ra, phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố giảm được số lần thí nghiệm xác định được đầy đủ ảnh hưởng của các yếu tố tới thông số cần nghiên cứu từ đó xác định điều kiện tối

Kí hiệu của các thông số “vào”

x1 - Số vòng quay của đĩa dao v/p;

x2 - Bề dày lớp vật liệu thái cm;

x3 - Tốc độ cấp liệu m/s

Kí hiệu của các thông số “ra”

Y1- Chất lượng sản phẩm thái %;

Y2- Chi phí điện năng riêng kWh/kg

Tiến hành chọn mức biến thiên của các yếu tố bao gồm: mức cơ sở, mức trên và mức dưới, khoảng biến thiên và khoảng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứuMáy thái cỏ TC.5

ε it id i

ư

xi - Giá trị mã hoá của yếu tố thứ i ( i = 1 ữ k ), k là số yếu tố, ở đây k = 3

Xi - Giá trị thực của yếu tố thứ i

X oi - Giá trị thực mức cơ sở của yếu tố thứ i

i

ε - Khoảng biến thiên của yếu tố thứ i

Các giá trị Xit, Xoi, Xid có giá trị mã hoá là +1: 0 : -1

- Chọn phương án quy hoạch thực nghiệm

Tuỳ theo đặc điểm của quá trình nghiên cứu mà mô hình toán có thể biểu diễn bởi đa thức bậc 1, bậc 2 hay bậc 3

Qua kết quả nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố cho thấy mối quan hệ giữa các yếu tố vào với các thông số ra là không tuyến tính vì vậy đề tài đã chọn phương án thực nghiệm bậc 2 ở đây, chúng tôi áp dụng phương pháp quy hoạch bậc 2 của Box-Wilson [7][9][14] Ma trận thí nghiệm được lập theo phương án này có số thí nghiệm là:

N= 2k + Nα+ N0Trong đó: 2k- Số thí nghiệm ở mức trên và dưới

Nα=2 k - Số thí nghiệm ở mức phụ gọi là các điểm sao

N0- Số thí nghiệm ở mức cơ sở k- Số yếu tố

Theo bảng tính sẵn với k = 3 thì tổng số thí nghiệm là 20 thí nghiệm, bao gồm: 8 thí nghiệm ở mức trên và dưới, 6 thí nghiệm ở mức “sao”, 6 thí nghiệm ở mức trung tâm

Mô hình toán được biểu diễn bằng phương trình hồi quy:

= +

2 i ii k

1 i j

j i ij

1 k 1 i

k 1 i

2 iu k

1 i 5 N

1 u

u iu uy

x (2.5)

bij=a3∑

=

N 1 u

ju u

1 i 6 N

1

u u5 N

a1

p) (k

2) k(2

2 k N

2 k

+

− +

+

a2=

2 p k p

k 2.2 2

1

a4= a32

1

(2.11)

a5= (Na a a ) k

1

2 2

a6= (Na2a5 a4)k

2 k

+

− +

+

2 1

a2=

2 2 2 2

a1=0,16627 a3=0,125 a5=0,05676

a2= 0,07322 a4=0,0625 a6=0,0068

30

- kiểm tra mức ý nghĩa các hệ số hồi quy: Tiến hành kiểm tra mức ý nghĩa

của các hệ số hồi quy theo tiêu chuẩn Student Trước hết ta tính phương sai và các sai số S2

b0; S2

bi; S2 bii; S2 bij của các hệ số hồi quy theo phương sai và các sai số thí nghiệm S2y

Phương sai và các sai số thí nghiệm có thể tính theo các giá trị của thông số ra yu ở các mức cơ sở của các yếu tố:

y=

1 N

) y ( 0

2 0 N

1 u u

ii S

b

(2.23)

Đối chiếu với tiêu chuẩn Student tra bảng tìm tb với định mức ý nghĩa

α= 0,05, bậc tự do với f = N0 - 1 Các hệ số hồi quy có nghĩa khi các hệ số tb0;

tbi; tbij; tbii>tb ngược lại thì vô nghĩa ta loại bỏ hệ số đó

31

- Kiểm tra tính thích ứng của mô hình toán : Để thực hiện được công

việc kiểm tra trước hết ta phải tính phương sai thích ứng theo công thức sau:

S2tu=

(N 1)m

N

S S 1)

(N m N

y y

y

0 ' E R 0

'

N 1 u

N 1 u

2 0 u

2 u tt

2 u

2 0

u ) (y y

Trong đó:

ytt- Là giá trị tính toán từ phương trình hồi quy

yu- Là giá trị thí nghiệm trung bình của các thông số ra ở các mức

y - Là giá trị thí nghiệm trung bình của thông số ra ở mức cơ sở

m’- Là hệ số hồi quy có nghĩa

Lập tỉ số F= 2

Y

2 tu

S

S

Đối chiếu với chuẩn Fisher, tra bảng tìm Fb với α=0,05

=

++ k 1

1 i

k 1 i

k 1 i

2 i ii j

i ị k

1 i i

k 1 i

k 1 i

k 1

i 2i

ii 0j

0i j i

ij 0i

i

i

ε

b X

X ε ε

b X

0j j i

j 0i

2 i

ii i

εε

bX

ε

2bεb

(2.27)

32

cij=

j i

ij

εε

- Xác định giá trị tối ưu của thông số ra:

Sau khi đã lập được phương trình hồi quy bậc hai Y=f(x) ta có thể xác

định được giá trị cực trị của hàm Y bằng cách đạo hàm riêng đối với mỗi yếu

tố và cho đạo hàm đó bằng 0 ta sẽ được một hệ phương trình tuyến tính

2.2.3 Phương pháp nghiên cứu tối ưu tổng quát

Sau khi xác định được mô hình toán của các hàm thành phần Yj (j=1ữp;

p là số hàm thành phần) Ta tiến hành giải tối ưu tổng quát theo phương pháp của E.Harrington gồm các bước sau: [7] [9]

Đồng nhất hoá các hàm Yj, do các hàm thành phần có các thứ nguyên khác nhau hàm Y1 có thứ nguyên là %, hàm Y2 có thứ nguyên là kwh/tấn Nên phải đồng nhất các hàm Yj chuyển chúng sang dạng đặc trưng gọi là “hàm mong muốn” thành phần dj=f(Yj), dj là đại lượng không số đo và biến đổi trong khoảng từ 0 ữ 1, dj=1 khi Yj có giá trị tốt nhất Các “hàm mong muốn” thành phần dj được thành lập theo công thức sau:

Y Y

Y Y

jmin(max) j0

jmin(max) j

ư

ư

Yj0- Giá trị tốt nhất của hàm mong muốnYj

m- Hệ số ưu tiên, m = 3 ữ 5

33

Trong trường hợp nghiên cứu của đề tài các hàm Yj là đại lượng bị chặn một phía Yj < Yj max đồ thị hàm mong muốn thành phần dj=f(Yj), khi Yj bị chặn một phía

Hình 2.2 Đồ thị hàm mong muốn khi Y j bị chặn một phía

- Lập hàm mong muốn tổng quát

Sau khi đã có hàm thành phần dj tương ứng với Yj ta lập hàm mong muốn tổng quát D dưới dạng tính theo công thức sau:

D=p

j p 1

j d

Π

= (2.33) Như vậy, dựa vào số liệu thí nghiệm của các hàm thành phần Yj ta xác

định được giá trị “hàm mong muốn” thành phần dj và giá trị “hàm mong muốn” tổng quát D cho từng thí nghiệm của ma trận Lúc này hàm D được coi như một hàm hồi quy nào đó, việc xác định mô hình toán, kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số hồi quy, kiểm tra tính thích ứng của mô hình toán hàm D

được xác định tương tự như khi xác định cho các hàm thành phần Yj

Ta nhận thấy các hàm Yj có thể có cực trị ngược nhau trong khoảng nghiên cứu của các yếu tố xi Sau khi đồng nhất hoá các hàm dj theo công thức (2.28) thì tất cả các hàm dj đều là những hàm có giá trị cực đại và bị chặn một phía bởi vì dj <1 Từ đó ta rút ra hàm D tính theo công thức (2.33) cũng là hàm

có giá trị cực đại và bị chặn một bên bởi 1

Sau khi xác định được mô hình toán của hàm D, ta cũng tiến hành giải tối ưu tương tự như tìm cực trị đối với các hàm thành phầnYj Kết quả giải tối

ưu tổng quát đã xác định được giá trị tối ưu chung cả các yếu tố vào cho tát cả các thông số ra Thay giá trị tối ưu này vào các hàm thành phần Yj , ta xác

định được giá trị tối ưu tổng quát của các thông số ra

Các chỉ số này cho phép xác định điện áp và dòng điện, tính toán điện năng tiêu thụ để đối chiếu với công tơ điện và oát kế Do vậy sau mỗi lần thí nghiệm các giá trị trung bình của các mức tiêu thụ điện năng riêng mà chúng tôi đo được có sai số rất bé để đảm bảo độ tin cậy

Dùng đồng hồ bấm giây để xác định thời gian lấy mẫu trong quá trình thí nghiệm, q (kg) khối lượng một mẫu Sau mỗi lần lấy mẫu thí nghiệm ta

đếm được số vòng quay của công tơ nct Thời gian là t (phút)

Mức tiêu thụ điên năng riêng là:

= (kWh/tấn) (2.34)

2.3.2 Phương pháp xác định chất lượng của sản phẩm thái

Theo TCVN - 4783- 89 qui định về chất lượng thức ăn thô xanh cho gia súc về kích thước, độ dập, màu sắc, mùi vị … và yêu cầu thực tế của các cơ sở chăn nuôi gia súc thì việc đánh giá chất lượng của sản phẩm thái được đặc trưng bởi hai yếu tố là chiều dài đoạn thái và độ đồng đều của sản phẩm thái

Đối với một sản phẩm thái đạt yêu cầu thì chiều dài cho phép nằm trong khoảng ‹ 100 mm, bởi vì với đoạn thái có chiều dài lớn hơn 100mm, khi

ăn gia súc sẽ nhằn lại và không ăn hết, còn nếu sản phẩm thái nhỏ vụn quá sẽ gây ra sự mất chất dịch khi chế biến làm giảm chất lượng sản phẩm [1]

- Độ đồng đều của đoạn thái δ :

Trong khối sản phẩm thái lấy một mẫu bất kỳ ở một vị trí nào đó có khối lượng là M = 1000g Đo tất cả độ dài các đoạn thái, cân từng nhóm của mỗi mẫu ta xác định được kích thước li của từng nhóm trong mẫu đó

Độ đồng đều của đoạn thái được xác định theo công thức

35

δ = 100 - ξ (2.35) Trong đó ξ được xác định theo CT:

i i

σ (2.37)

li chiều dài của đoạn thái thứ i;

l0 chiều dài đoạn thái quy định theo yêu cầu chế biến;

n số lượng đoạn thái có trong mẫu phân tích

2.3.3 Phương pháp xác định áp suất riêng, góc trượt, góc ma sát

áp suất cắt thái riêng q được xác định bằng các dụng cụ khảo nghiệm dao thái, có sơ đồ nguyên lý được trình bày ở hình 2.3 (do Bộ môn Máy Nông nghiệp Trường ĐHNN1 thiết kế)

Hình 2.3 Dụng cụ đo lực cắt thái và áp suất riêng

Dụng cụ này cho phép xác định được thành phần P của lực cắt thái R (theo hướng vận tốc tuyệt đối v của lưỡi dao) ứng với từng trị số góc trượt τ (τ thay đổi được từ 00 khi lưỡi dao nằm ngang, tới 900 khi lắp thẳng đứng) Sau khi ghi được trị số lực P, ta sẽ tính được lực cắt thái R và thành phần lực pháp tuyến N, từ đó tính ra áp suất cắt thái riêng q:

q =

) tg f' (1 S.cos )

S.cos(

-cos S

N

ϕ τ

Hình 2.4 Dụng cụ đo góc cắt trượt ω’

Thay đổi góc trượt τ từ 00 đến 900 sẽ đo được các trị số tương ứng của góc ma sát ω’, còn gọi là góc cắt trượt, (trong trường hợp thí nghiệm đo ma sát của cạnh sắc lưỡi dao với vật thái M) Từ đó sẽ vẽ được đồ thị phụ thuộc của ω’ với τ (hoặc f’ = tgω’ với ™ = tgτ)

Kết quả đo đạc được ghi trong bảng phụ lục 1

2.4 Phương pháp xử lý và gia công số liệu thực nghiệm

Để gia công và xử lý các số liệu thực nghiệm, dùng phương pháp thống

kê toán học Sau n lần lặp ta được các giá trị đo đạc xi (i = 1ữ n), giá trị trung bình của các phép đo được tính theo công thức:

∑

=

= n

i i

x n

n

i i

σ (2-39)

Độ tin cậy xác định theo phân phối chuẩn với zα=0,05 = 1,96 sẽ là

x ± zασ

37

Sử dụng luật phân phối chuẩn theo qui tắc 3σ để kiểm tra lại độ tin cậy

của các số liệu với những số liệu nghi ngờ

Chương 3 cơ sở lý thuyết quá trình cắt thái

3.1 Cơ sở vật lý của quá trình cắt tháI [5],[6]

Các bộ phận làm việc của những máy cắt thái dùng trong chăn nuôi (rau,

cỏ, rơm, củ quả) thường dựa theo nguyên lý cắt thái cạnh sắc của lưỡi dao

Quá trình cắt thái thường được thực hiện bằng cách di chuyển cạnh góc nhị

diện AB (cạnh sắc) hợp bởi hai mặt phẳng của lưỡi dao theo hướng P vuông

góc với cạnh sắc (hình 3.1.a) hoặc bằng cách di chuyển cạnh sắc AB đó theo

hai hướng vuông góc với nhau: vừa theo hướng p - hướng cắt pháp tuyến-, vừa

theo hướng Q vuông góc với P - hướng cắt tiếp tuyến- (hình 3.1.b) nghĩa là

theo hướng chéo tổng hợp R - hướng cắt nghiêng

a, b,

Hình 3.1 Tác dụng cắt thái của lưỡi dao

a Cắt theo phương pháp tuyến; b Cắt theo phương tiếp tuyến

Viện sĩ V.P.Gơriatkin đã chứng minh rằng: Qúa trình cắt thí có trượt làm

giảm lực cắt và tăng chất lượng thái và được mô tả bằng phương trình có dạng:

S = Ae-P hoặc R3S = Cte (3.1)

Trong đó : A – là hằng số; S - độ dịch chuyển; R - lực cắt thái (N)

Hình 3.2 Đồ thị phụ thuộc lực cắt thái R vào độ dịch chuyển S của V.P Gơriatkin

P

Dao

Β Α

38

Gơriatkin gọi trường hợp cắt pháp tuyến (theo thí nghiệm S = 0) là quá trình chặt bổ, cắt thái không có trượt; (máy thái trống dao thẳng) trường hợp cắt nghiêng (theo thí nghiệm S ≠ 0) là quá trình cắt thái có trượt (máy thái kiểu đĩa dao hoăc trống dao cong) Rõ ràng là khi cắt thái có trượt, lực cần thiết để cắt thái giảm so với khi cắt thái không trượt Ta cũng có thể giải thích

điều này bằng một số cơ sở vật lý của quá trình cắt thái bằng lưỡi dao như sau: Bất cứ một cạnh sắc nào của lưỡi dao cũng không phải là đường thẳng khi soi qua kính hiển vi ta thấy có những răng lồi lõm như lưỡi cưa Do đó, khi lưỡi dao di chuyển theo hướng tiếp tuyến, nghĩa là có trượt, thì lưỡi dao đã phát huy được tác dụng cưa đứt vật thái Nếu lưỡi dao chỉ cắt theo hướng pháp tuyến (chặt bổ), lực cắt thái phải hoàn toàn khắc phục ứng suất nén để cắt đứt vật thái do đó sức cản cắt của khối vật liệu tăng lên Còn khi cắt thái có trượt thì một phần lực cắt thái sẽ chỉ khắc phục ứng suất kéo, mà các vật liệu, nhất

là các loại có sợi, đàn hồi như rau củ thì ứng suất kéo luôn luôn nhỏ hơn ứng suất nén đáng kể Nhờ đó lực cắt thái sẽ ngảm đi, nên quá trình cắt thái thuận lợi hơn đối với rau củ quả ứng suất nén σn = 864104 N/cm2, ứng suất kéo

σk = 45485 N/cm2

Các vật thái trong nông nghiệp thường có tính đàn hồi và nhiều thớ, đây

là điều kiện thuận lợi cho quá trình lưỡi dao vừa nén vừa trượt tương đối ở chỗ tiếp xúc với vật thái

3.2 các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cắt thái bằng lưỡi dao

Để cắt thái vật liệu thành đoạn thái bảo đảm chất lượng, giảm được năng lượng cắt thái, cần xét đến số yếu tố thuộc phạm vi dao thái và vật thái ảnh hưởng đến quá trình cắt thái

3.2.1 áp suất riêng q (N/cm) của cạnh sắc lưỡi dao trên vật thái:

Đây là yếu tố chủ yếu trực tiếp đảm bảo quá trình cắt đứt vật thái và liên quan đến các yếu tố khác thuộc phạm vi dao thái và vật thái, nếu gọi lực cắt cần thiết là Pct (N) và độ dài đoạn lưỡi dao là ∆S (cm) thì:

Khi cắt thái các vật đàn hồi, áp suất cắt thái riêng gây ra hai giai đoạn:

đầu tiên là lưỡi dao nén ép vào vật thái một đoạn, rồi cắt đứt vật thái

Nếu gọi P t là lực cản cắt thái thì:

Pct =P t+ T1 + T2cos σ (3.3)

σ- góc mài dao của lưỡi dao

3.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng chính của dao thái

a- Cạnh sắc của lưỡi dao:

Chính là chiều dày s (mm) của nó (hình 3.3) Thông thường chiều dày nhỏ nhất của cạnh sắc lưỡi dao đạt tới 20440 àm Đối với các máy thái trong chăn nuôi, s không vượt quá 100 àm, nếu s quá 100 àm lưỡi dao thì lưỡi dao xem như bắt đầu cùn và thái kém

cỏ rơm, σ = 124150 (với tấm kê thái σ’ = 254300)

c - Độ bền của vật liệu làm dao:

Dao thái có chất lượng tốt thì lâu cùn, thái tốt Khi đó, công nén lớp vật thái do lưỡi dao tác động lúc bắt đầu cắt sẽ thấp hơn và lực cản cắt thái nhỏ hơn Các công và lực này thể hiện bằng đồ thị sự phụ thuộc chiều sâu λ của lưỡi dao vào vật thái (hình 3.5)

Hình 3.5 Đồ thị phụ thuộc của lực cắt với độ thái sâu λ

d - Vận tốc của dao thái v (m/s):

Vận tốc dao thái ảnh hưởng đến quá trình cắt thái, thể hiện cụ thể bằng

đồ thị thực nghiệm biểu diễn sự biến thiên của áp suất cắt thái riêng q hoặc lực (cản cắt thái P t và công cắt thái A ct) với vận tốc của dao thái (hình 3.6)