Nghiên cứu một số thông số về cấu tạo và chế độ làm việc của máy thu hoạch khoai lang liên hợp với máy kéo shibaura sd 3543

Tôi xin hứa với những kiến thức đã học được trong quá trình học tập và nghiên cứu, trong điều kiện có thể tôi sẽ vận dụng vào quá trình hoạt động LỜI CAM ĐOAN TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

Tôi xin cam đoan, đây là công trình của riêng tôi

Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực

và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Trần Văn Thịnh

LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian làm việc khẩn trương, với tinh thần nghiên cứu khoa học một cách nghiêm túc, trên cơ sở các kiến thức của bản thân và các tài liệu tham khảo, sự hướng dẫn tận tình của TS Nguyễn Văn Quân, thầy hướng dẫn trực tiếp, thầy Phạm Văn Lý với những nhận xét và góp ý xác đáng, thầy Trần Kim Khôi và các bạn đồng nghiệp đã tận tình giúp đỡ trong quá trình khảo nghiệm tại hiện trường và xử lý số liệu đo đếm được Đến nay, Đề tài

“Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số yếu tố đến năng suất và chi phí năng lượng riêng khi vận xuất gỗ rừng tự nhiên bằng tời tự hành hai trống” của tôi

đã hoàn thành và đạt được mục tiêu đề ra

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc với những sự giúp đỡ tận tình quý báu đó Tôi xin hứa với những kiến thức đã học được trong quá trình học tập và nghiên cứu, trong điều kiện có thể tôi sẽ vận dụng vào quá trình hoạt động

LỜI CAM ĐOAN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

-

NGUYỄN PHẠM HUY CƯỜNG

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ

ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY THU HOẠCH KHOAI LANG LIÊN

HỢP VỚI MÁY KÉO SHIBAURA SD 3543

Chuyên ngànhnghệ gỗ, giấy

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2011

Tác giả luận văn

Trần Văn Thịnh

-

NGUYỄN PHẠM HUY CƯỜNG

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ

ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY THU HOẠCH KHOAI LANG LIÊN

HỢP VỚI MÁY KÉO SHIBAURA SD 3543

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và Thiết bị cơ giới hóa Nông -Lâm nghiệp

Mã số: 60.52.14

Chuyên ngànhnghệ gỗ, giấy LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

TS Trần Tuấn Nghĩa NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS LÊ VĂN THÁI

Hà Nội, 2011

Để thực hiện được nhiệm vụ trên ngành nông nghiệp phải “Cơ giới hóa nông nghiệp” thực chất là thu hút sự tham gia của toàn xã hội, của mọi người dân vào sản xuất nông nghiệp, áp dụng rộng rãi cơ giới hóa vào sản xuất nông nghiệp, đầu tư áp dụng tiến bộ của khoa học kỹ thuật để nâng cao năng suất, giảm nhẹ sức lao động, sử dụng nhiều biện pháp và công nghệ đồng bộ từ khâu làm đất gieo ươm, trồng cây chăm sóc, bảo vệ đến khai thác, sơ chế, bảo quản và chế biến , trong đó khâu thu hoạch đóng vai trò quan trọng

Nhận thức được tầm quan trọng cần phải có máy thu hoạch khoai lang Đảng và nhà nước ta đã đề ra Nghị quyết và phê duyệt Dự án cơ giới hóa nông nghiệp khâu thu hoạch khoai lang Trong chiến lược phát triển Nông nghiệp giai đoạn 2001-2010 đề ra cần phải cơ giới hóa, hiện đại hóa máy thu hoạch khoai lang

Nông nghiệp của nước ta mang đặc điểm của vùng nhiệt đới, đất đai, khí hậu rất thuận lợi để phát triển các loại cây trồng, đặc biệt là các loại cây

có củ như: khoai lang, khoai tây, sắn, lạc,….Cây có củ trồng ở nước ta không những là nguồn lương thực và thực phẩm quý mà còn là nguồn

nguyên liệu cho công nghiệp chế biến có giá trị kinh tế cao phục vụ cho nhu cầu tiêu dùng trong nước và xuất khẩu sang các nước khác Tương lai không xa các loại cây này sẽ được phục vụ cho công nghiệp chế biến rựơu, bia cồn, tơ nhân tạo, cao su nhân tạo, thuốc chữa bệnh…

Hiện nay, trên thế giới ở các nước phát triển cơ giới hóa các khâu canh tác các cây có củ, đặc biệt là khâu thu hoạch đã đạt trình độ cao với quy mô rộng lớn Ở nước ta một số công trình nghiên cứu về vấn đề này đã thu được kết quả bước đầu Một số mẫu máy đã được đề xuất như: máy đào

củ DC – 1, máy đào củ sắn DS – 1 của trường Đại học Nông nghiệp I Thực tại ở nước ta khâu thu hoạch chủ yếu vẫn tiến hành theo thủ công Nguyên nhân thực trạng trên là do quy mô sản xuất nông nghiệp ở nước ta

đã có nhiều thay đổi về cơ chế Chính sách khoán trong nông nghiệp đã giao phần lớn đất đai cho nông dân sử dụng Các mẫu máy hiện đại phục

vụ cho quy mô sản xuất lớn của thế giới và trong nước không thích hợp với yêu cầu sản xuất của các hộ nông dân Trong thực tiễn sản xuất nông nghiệp của nước ta hiện nay rất cần đầu tư về cơ khí nhưng phải là các công cụ, máy móc cở nhỏ, gọn nhẹ, dễ chế tạo, bảo trì, dễ sử dụng, đa dạng, chất lượng làm việc tốt, giá thành hạ

Để thỏa mãn yêu cầu trên, chúng ta không thể máy móc sao chép các mẫu máy đã có trên thế giới theo hình thức thu nhỏ kích thước và công suất Cách làm này sẽ không đem lại hiệu quả cao vì điều kiện sử dụng và yêu cầu đặt ra là hoàn toàn khác xa nhau

Trong quá trình canh tác cây khoai lang thì việc thu hoạch là khâu công việc nặng nhọc, vất vả, đòi hỏi chi phí nhiều năng lượng, mặt khác đối với những vùng đất trai cứng, ướt công việc này càng rất khó khăn Để giảm bớt khó khăn trong quá trình thu hoạch và đẩy mạnh việc cơ giới hóa khâu thu hoạch là hết sức quan trọng Để áp dụng cơ giới khâu thu hoạch khoai nhằm

cải thiện điều kiện làm việc và nâng cao năng suất lao động và giảm giá thành sản phẩm, từ năm 2008 - 2011, Tiến sỹ Hoàng Bắc Quốc cùng các nhà khoa học Viện Cơ điện Nông nghiệp, trường Đại học Cần Thơ, trường Đại học

Nông lâm TP Hồ Chí Minh thực hiện đề tài cấp Bộ: “ Cơ giới hóa khâu tưới, vun luống và thu hoạch khoai lang tại Tỉnh Vĩnh Long” Một trong các sản

phẩm của đề tài tạo ra là máy dũ khoai dùng trong công nghệ thu hoạch khoai bằng cơ giới Để có cơ sở khoa học cho việc thiết kế và hoàn thiện máy theo yêu cầu của đề tài thì việc nghiên cứu xác định các thông số cấu tạo và chế độ làm việc tối ưu của máy là cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn cao Vì vậy muốn

có các mẫu máy thu hoạch phục vụ cho việc sản xuất khoai lang, điều cần làm máy thu hoạch cho phù hợp với điều kiện và yêu cầu đặt ra Với ý

nghĩa đó, tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu một số thông số về cấu tạo và chế độ làm việc của máy thu hoạch khoai lang liên hợp với máy kéo Shibaura SD 3543 ” mong rằng sẽ đóng góp một phần nhỏ vào việc cơ giới

hóa các khâu sản xuất khoai lang ở Tỉnh Vĩnh Long nói riêng và ĐBSCL nói chung

1 Hiệu quả đối với lĩnh vực khoa học và công nghệ

Xác định được một số thông số cấu tạo và chế độ làm việc của máy

thu hoạch khoai lang liên hợp với máy kéo Shibaura SD 3543 để làm cơ sở

cho việc nghiên cứu hoàn thiện mẫu máy phục vụ cơ giới hóa khâu thu hoạch khoai lang tại đồng bằng sông Cửu Long

2 Hiệu quả kinh tế - xã hội

Kết quả nghiên cứu là cơ sở cho việc thiết kế và hoàn thiện mẫu máy

dũ khoai lang để áp dụng vào sản xuất nhằm cải thiện điều kiện làm việc, tăng năng suất lao động và giảm giá thành sản phẩm cũng như góp phần nâng cao tỷ lệ

cơ giới hóa phục vụ sản xuất Nông lâm nghiệp tại đồng bằng sông Cửu Long

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình canh tác cây khoai lang

1.1.1 Quy trình công nghệ canh tác cây khoai lang

Qua các tài liệu chuyên môn và khảo sát thực tế tại một số Huyện có diện tích canh tác cây khoai lang lớn tại khu vực đồng bằng sông Cửu long, chúng tôi xây dựng quy trình công nghệ canh tác cây khoai lang theo các khâu công việc sau:

a Chọn giống

Hiện nay có rất nhiều loại giống như: khoai tím Nhật, khoai Bí đường xanh, khoai sữa, khoai Nhật nghệ cao sản, khoai lang trắng Trong đó giống khoai tím Nhật được trồng nhiều nhất vì giá trị kinh tế cao 6.000 ÷ 7.000 đồng/kg

b Chuẩn bị đất

Qua điều tra cho thấy công việc làm đất phục vụ sản xuất khoai lang thường được xới 2 ÷ 3 lần, nhưng chủ yếu là xới 2 lần (85%), rất ít hộ xới 3 lần (15%) Riêng ở một vài xã trong huyện Bình Tân - Vĩnh Long thì đa số bà con chỉ xới đất có 1 lần (81%), rất ít hộ xới 2 lần (19%)

c Lên luống và trồng hom dây

Chiều rộng của luống thường là từ 0,8 m ÷ 1,1 m; Chiều rộng từ 0,8

m ÷ 0,9 m chiếm 53%, còn bề rộng 1,0 m ÷ 1,1 m chiếm 47%

Chiều cao của luống thường từ 0,3 m ÷ 0,5 m; Chiều cao từ 0,3 m ÷ 0,4 m chiếm 70%, còn chiều cao 0,5 m chiếm 30%

Bề rộng của rãnh thường từ: 0,2 m ÷ 0,3 m Chỉ có rất ít hộ làm bề rộng rãnh tới 0,4 m (3 hộ)

Chiều sâu của rãnh thường từ 0,15 m ÷ 0,2 m; Chỉ có rất ít hộ làm chiều sâu rãnh tới 0,25 m ÷ 0,3 m (2 hộ)

Hom dây nằm ở độ sâu từ 0,03 m ÷ 0,08 m; Số hộ trồng khoai cho dây nằm sâu từ 0,03 m ÷ 0,05 m chiếm 71%, còn từ 0,06 m ÷ 0,08 m chiếm khoảng 29%

d Chăm sóc

Trước khi đặt dây cần tưới nước cho ướt Sau khi đặt dây nên tưới nước liên tục 15 ÷ 20 ngày đầu tùy theo độ ẩm của đất, thời gian sau đó giảm dần 2 ÷ 4 ngày tưới 1 lần cho đến khi thu hoạch Phân bón dùng cho mỗi héc

ta khoảng 5 ÷ 10 tấn phân chuồng + 150 kg ure + 200 kg supe lân + 150 kg KCl Phòng trừ sùng khoai lang (cylas formicarius) bằng bẫy sinh học pheromone, tuyến trùng bằng thuốc ISK

Hình 1.1 - Dụng cụ cào móc để thu họach khoai lang ở Bình Tân

Củ được lao động nữ thu lượm để cắt rễ, làm sạch và phân loại bán cho thương lái

Khi thu hoạch khoai phải đáp ứng các yêu cầu nông học sau:

- Không gây thương tổn cho củ khoai

- Tỉ lệ khoai còn sót lại phải nhỏ hơn mức cho phép

- Khoai phải được rải trên mặt luống và sạch đất

- Dễ thu gom

Hình 1.2 - Thu hoạch củ khoai lang ở Bình Tân

1.1.2 Hiện trạng và tiềm năng canh tác cây khoai lang

a Trên thế giới

Với sự phát triển khoa học kỹ thuật như ngày nay thì có rất nhiều loại máy thu hoạch khoai lang có kích thước khác nhau ở trên thế giới Đa số các loại máy này đều làm việc trên nguyên tắc: chuyển động quay tròn chủ yếu được dẫn động từ trục thu công suất của máy kéo thông qua truyền động thủy lực hoặc cơ khí được thực hiện nhờ hệ thống thủy lực của máy kéo hoặc bằng tay người điều khiển

Cây khoai lang là một lọai cây vừa là cây màu lương thực vừa là cây thực phẩm chức năng dưới dạng thuốc, làm dễ dàng cho việc tiêu hóa Về

dinh dưỡng khoai lang có tỷ lệ gluxit cao hơn (26,0%) khoai tây, nhưng đạm lại thấp hơn (1,40%) Trong củ khoai lang còn chứa một lượng đáng kể carroten là chất tiền vitamin A có tác dụng chống lại các bệnh về mắt… Do

có nhiều tính ưu việc, nên khoai lang có vai trò đáng kể trong cuộc đấu tranh đẩy lùi sự thiếu hụt lương thực và suy dinh dưỡng Đó là hai vấn đề cấp thiết trên thế giới hiện nay

Năm 2006, toàn thế giới có 111 nước trồng khoai lang (theo FAO 2008) trên diện tích 8,99 triệu ha, trong đó 95% tại các nước đang phát triển, năng suất bình quân 13,72 tấn/ha, sản lượng đạt 123,50 triệu tấn (so với năm

2005 là 123,27 triệu tấn và năm 1961 là 98,19 triệu tấn) Việt Nam có sản lượng khoai lang 1,45 triệu tấn, đứng thứ năm của toàn thế giới sau Trung Quốc (100,22 triệu tấn), Nigeria (3,46 triệu tấn), Uganda (2,62 triệu tấn) và Indonesia (1,85 triệu tấn) Khoai lang dùng làm lương thực cho người, thức ăn chăn nuôi và làm nguyên liệu chế biến tinh bột, rượu, cồn, xi- rô, nước giải khát, bánh kẹo, mỡ, miến, phụ gia dược phẩm, màng phủ sinh học, …

Trung Quốc là quốc gia trồng nhiều khoai lang nhất; chiếm tới 80% sản lượng toàn thế giới (với sản lượng năm 1990 là 130 triệu tấn bằng khoảng một nửa sản lượng khoai tây của quốc gia này) Trong quá khứ, phần lớn khoai lang tại Trung Quốc được trồng để làm lương thực, nhưng ngày nay phần lớn (60%) được trồng để chăn nuôi Phần còn lại được dùng làm lương thực hay chế biến các sản phẩm khác cũng như để xuất khẩu, chủ yếu là sang Nhật Bản Tại Trung Quốc hiện nay có trên 100 giống khoai lang

Nhìn chung các quy trình công nghệ thu hoạch khoai lang của các nước

đã được nghiên cứu, chế tạo với công suất lớn để áp dụng cho điều kiện sản xuất nông nghiệp tập trung quy mô lớn Do đó, chúng không phù hợp với điều kiện sản xuất nông nghiệp tập trung quy mô nhỏ, phân tán, tầng đất canh tác

mỏng Các thiết bị công tác của các loại máy này có thể xem xét cải tiến để phù hợp với điều kiện ở Việt Nam

Diện tích trồng khoai lang của ĐBSCL hiện còn rất thấp (11.500 ha với năng suất 10.7 tấn/ha), chỉ còn rãi rác tại các Tỉnh Vĩnh Long (1.900 ha), Cần Thơ (1.300 ha), Sóc Trăng (1.400 ha), Trà Vinh( 1.800 ha), Đồng Tháp (1.000 ha) và Bến Tre (1.300 ha)

Năng suất khoai lang tại nước ta vẫn còn thấp, dù cá biệt các hộ gia đình tại ĐBSCL có thể đạt đến 30 ÷ 40 tấn/ha, nhưng trung bình cả nước cũng chỉ đạt 6,0 tấn/ha, rất thấp so với những nước khác như: Nhật (19,1 tấn/ha), Đài Loan (12 tấn/ha) Nguyên nhân vì nhiều lý do

1.2 Tình hình áp dụng cơ giới hóa vào khâu thu hoạch khoai lang (củ)

1.2.1 Trên thế giới

Tùy thuộc vào điều kiện tự nhiên, trình độ công nghệ và quy trình sản xuất khoai lang ở mỗi Quốc gia, máy và hệ thống máy thực hiện cơ giới hóa (CGH) sản xuất khoai lang phát triển theo các hướng chủ yếu: CGH đồng bộ và CGH kết hợp lao động thủ công

CGH đồng bộ: thực hiện bằng nhiều máy cho toàn bộ quy trình canh tác của cây khoai lang Ưu điểm của phương pháp này là cho năng suất lao

động cao nhất, nhưng đòi hỏi vốn đầu tư ban đầu lớn cho hạ tầng cơ sở kỹ thuật, công nghệ và đòi hỏi trình độ tổ chức sản xuất cao

CGH kết hợp thủ công: Thực hiện bằng nhiều loại máy trong đó một

số công đọan, hoặc trong một công đọan có tham gia lao động thủ công Ưu điểm của phương pháp này là tăng năng suất lao động, vốn đầu tư ban đầu không lớn, phù hợp với điều kiện đồng ruộng nhỏ hẹp chưa được cải tạo, vì vậy có phạm vi ứng dụng rộng rãi ở các nước đã và đang phát triển như: Trung Quốc, Đài Loan … Các máy công tác thường đơn giản, dễ chế tạo, giá thành rẻ, sử dụng nguồn động lực từ 25÷50 Hp là chủ yếu Các máy thực hiện cơ giới hóa phục vụ kỹ thuật trồng cây khoai lang v.v… tập trung chủ yếu ở 3 khâu then chốt, có tính quyết định nhất trong quá trình canh tác

là khâu lên luống, tưới nước và thu họach Hiện nay cũng có một số nước

có sản xuất máy thu họach khoai lang và cây có củ khác Một số mẫu máy thu hoạch khoai lang lắp sau máy kéo được sử dụng ở một số nước thuộc khu vực Châu Á bao gồm:

Ở Hàn Quốc: hiện nay có một số công ty đã chế tạo máy thu

họach khoai lang và một số cây có củ khác như (hình 1.3) và (hình 1.4)

Hình 1.3 - Máy thu họach khoai lang của Hàn Quốc

Hình 1.4 - Máy đào củ gắn sau máy kéo có lưỡi đào dao động

Hình 1.5 - Máy thu họach khoai lang lắp sau máy kéo

Hình 1.6 - Máy thu họach khoai lang của Malaysia

Ở Trung Quốc, máy thu hoạch khoại lắp sau máy kéo bánh hơi 4 bánh

có công suất nhỏ, trung bình Bộ phận làm việc chính của máy là lưỡi đào và

bộ phận dũ loại băng tải, các máy có nguyên lý làm việc tương tự chỉ khác nhau về hình dáng và có một mẫu máy khác nhau như các hình

Hình 1.7- Máy thu hoạch khoai (JW4U) của Trung Quốc

Máy 4U chủ yếu được sử dụng cho thu hoạch khoai tây, tỏi, lạc và các cây trồng khác cho hiệu quả cao

Hình 1.8- Máy thu hoạch khoai lang, khoai tây (4U - 1A) Trung Quốc

Máy 4U - 1A hiệu suất làm việc cao, máy chủ yếu được sử dụng cho

việc thu hoạch khoai lang, khoai tây, tỏi, đậu phộng và nhiều loại cây trồng khác Tỷ lệ củ bị hỏng thấp, ít rung động, tuổi thọ cao

Hình 1.9 - Máy thu hoạch khoai tây 4U - 1A của Trung Quốc

Đặc biệt 1979 Trường Đại học Nông nghiệp I đã nghiên cứu thành công mẫu máy đào sắn DS - 1 Cấu tạo máy DS - 1 (hình 1.19)

Máy đào DS 1 có bộ phận đào là ba lưỡi tam giác lấp trên khung chữ

U, bộ phận phân ly là các thanh sàng lắc có tác dụng gây va đập lớp đất phía dưới lớp đất có củ đã được đào

2 3

4 5

6 7

1

Hình 1.10 - Máy đào sắn DS - 1

1 Tay quay; 2 Bánh lệch tâm; 3 Thanh truyền ; 4 Sàng;

5 Khung máy ; 6 Lưỡi đào; 7 Bánh xe

Máy đào sắn là một đóng góp đáng kể cho kỹ thuật cơ khí nông nghiệp của nước ta

Tiếp theo kết quả nghiên cứu về máy đào củ và máy đào sắn, năm

1979 Trường Đại học Nông nghiệp I kết hợp với Viện Công Cụ Cơ Giới Hóa Nông Nghiệp nghiên cứu thành công mẫu máy đào lạc dựa trên cơ sở cải tiến máy đào sắn DS - 1 Trong máy đào lạc bộ phận phân ly được dùng

là các con lăn hình sao (hình 1.20)

Hình 1.11 - Máy đào lạc

1 Lưỡi đào; 2 Con lăn hình sao; 3 Trục cuốn; 4 Khung chữ U

5 Khung máy; 6 Bánh xe ; 7 Thanh treo

Những năm tiếp theo, Trường Đại học Nông nghiệp I còn nghiên cứu đưa ra mẫu máy đào sắn cải tiến có bộ đào là các lưỡi đặt trên giá đàn hồi và

bộ phận phân ly là sàng dao động tịnh tiến (hình 1.21)

Tuy kết quả nghiên cứu về các máy đào củ ở nước ta và trên thế giới phong phú như đã giới thiệu ở trên, nhưng cho tới nay trong thực tế sản xuất ở nước ta chưa được đưa ra sử dụng Nguyên nhân cơ bản ở đây

là các mẫu máy hiện có chưa phù hợp với cơ chế sản xuất nông nghiệp ở nước ta hiện nay Chúng ta đã chuyển sang cơ chế thị trường, ruộng đất hiện nay đã phần lớn đã được giao cho nông dân quản lý và canh tác Sản xuất hiện nay đòi hỏi các công cụ và máy cơ khí nhỏ có kết cấu gọn nhẹ, dễ sử dụng, sử dụng đa dạng, chất lượng làm việc tốt, và đặc biệt là

rẻ tiền

Đây chính là vấn đề đang được các nhà khoa học kỹ thuật cơ khí nông nghiệp quan tâm nghiên cứu

6 7

8 9

3

Hình 1.12 - Máy đào sắn cải tiến có bộ đào là các lưỡi đặt trên giá đàn hồi

1 Bánh xe ; 2 Lưỡi đào; 3 Khung chữ U ; 4 Sàng; 5 Thanh treo sàng;

6 Tay quay; 7 Khung máy; 8 Nhíp; 9 Thanh treo máy

1.3 Tình hình nghiên cứu áp dụng bộ phận phân ly máy thu hoạch củ

1.3.1 Trên thế giới

Trước đầu thế kỷ XIX trên các máy thu hoạch củ không có bộ phận phân ly chỉ có bộ phận đào và bộ phận hất đất sang một bên (Hình 3.9) nên khi thu hoạch bị sót nhiều và tỉ lệ hư hỏng cao

4 3

2 1

Hình 1.13 - Cơ cấu đào củ có bộ phận hất đất sang một bên

1 Khung; 2 Bánh xe; 3 Cơ cấu hất đất sang một bên; 4 Lưỡi đào

Đến đầu thế kỷ XIX, hàng loạt nguyên lý phân ly ra đời như:

Phân ly bằng con lăn đặt sau lưỡi đào (hình 1.13): kết cấu đơn giản, năng suất cao nhưng khả năng phân ly thấp

Phân ly bằng sàng hình chóp nón hoặc hình trụ (hình 1.14): kích thước lớn, khả năng phân ly và năng suất cao nhưng củ dễ bị xay xát

Phân ly bằng sàng phẳng (hình 1.15): năng suất thấp, khả năng phân ly cao

Phân ly bằng băng dũ (hình 1.16): năng suất, khả năng phân ly cao nhưng kích thước lớn kết cấu phức tạp

Bô phận phân ly còn có thể phối hợp giữa băng dũ và sàng phẳng

(hình 1.17), giữa băng dũ và con lăn (hình 1.18): hai loại này có khả

năng phân ly cao nhưng kết cấu và kích thước lớn

Máy đào củ có bộ phận phân ly đem lại hiệu quả làm việc cao, tỷ

lệ sót và hư hỏng củ khi thu hoạch thấp, năng suất làm việc cao hơn

Đến giữa thế kỷ XX do trình độ công nghiệp các nước Tây Âu phát

triển rất cao, nhu cầu sản xuất cây có củ như: khoai tây, củ cải đường ở

quy mô rộng lớn, hàng loạt máy liên hợp thu hoạch củ ra đời ở Liên Xô,

Anh, Pháp, Đức…Trên các máy liên hợp ngoài hai bộ phận làm việc

chính như máy đào củ trong giai đoạn trước còn có cấu tạo thêm các bộ

phận làm sạch và phân loại củ Giới thiệu một số máy liên hợp thu hoạch

khoai tây có bộ phận đào và phân ly khác nhau (hình 1.3) Trong các

máy thu hoạch liên hợp bộ phận phân ly chủ yếu là sàng phẳng và băng dũ

Ngoài các công cụ cơ khí để thu hoạch tây và củ cải đường trên thế

giới chưa có các công cụ chuyên dùng để thu hoạch các cây có củ khác

như khoai lang, sắn, lạc…

1 2

1 Đất; 2 Củ; 3 Lưỡi đào; 4 Băng dũ; 5 Con lăn va đập; 6 Bánh lệch tâm;

7 Xích; 8 Bộ phận điều khiển bánh lệch tâm

4 5

Hình 1.19 - Phân ly giữa băng dũ và con lăn

1 Lưỡi đào;2 Băng dũ; 3 Củ; 4 Đất; 5 Các con lăn

1.3.2 Tình hình nghiên cứu về sàng rung trên máy thu hoạch củ ở Việt Nam

Có nhiều loại bộ phận phân ly trên máy đào củ như: con lăn sàng ống trụ, sàng hình nón, sàng phằng và băng dũ Thực tiễn ứng dụng các loại bộ phận phân ly nói trên trong máy đào củ cho thấy hai loại sàng phẳng và băng

dũ có nhiều ưu điểm hơn cả Các công trình nghiên cứu về lý thuyết và thực nghiệm thường cũng tập trung vào hai loại này

Về băng dũ: khi làm việc nhờ ăn khớp với bánh răng elip nên giải băng phía trên được dao động lên xuống có chu kỳ bằng nửa chu kỳ của bánh răng elip

1

2

3

4

Hình 1.20: Băng dũ có bộ phận dũ là bánh răng elip

1 Băng; 2 Bánh răng chủ động; 3 Bánh răng elip; 4 Bánh răng bị động

Trong quá trình làm việc hổn hợp nằm trên băng vừa được chuyển về phía sau vừa được tung lên, rơi xuống nhiều lần để thực hiện việc phân ly đất củ

Bằng tính toán người ta đã xác định được vị trí ở trên băng mà hỗn hợp

có khả năng tung lên, số lần được tung lên, độ cao cực đại khi tung độ dày của băng có khả năng phân ly

Ưu điểm của băng dũ: là có khả năng truyền tải và khả năng phân ly

tốt nhưng kết cấu phức tạp, chiều dài đoạn băng có khả năng phân ly nhỏ so với chiều dài thực tế cấu tạo băng do đó kích thước khó thu gọn được

Để tăng thêm độ dài có khả năng phân ly, tần số va đập Năm 1969, Trường Đại học Nông nghiệp I đã nghiên cứu đề xuất băng dũ có hai con lăn

va đập

Loại phân ly bằng sàng phẳng đã và đang được ứng dụng nhiều trên các máy đào củ Sàng phẳng là một cơ cấu không những được ứng dụng trên máy đào củ mà còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật khác như trong máy thu hoạch lúa, máy phân loại làm sạch, máy vận chuyển v.v

45

Hình 1.21- Băng dũ có bộ phận dũ là bánh răng elip

1 Băng tải; 2 Con lăn; 3 Bánh răng chủ động; 4 Tay quay; 5 Bánh răng bị động

1.4 Kết luận chương 1

- Hiện nay trên thế giới, chủ yếu ở các nước châu Á, châu Phi, người ta cũng đang nghiên cứu sử dụng các lọai máy móc phục vụ cho sản xuất ngô (bắp), sắn (khoai mì), khoai tây, … sang phục vụ các khâu canh tác như máy lên luống, máy thu họach hay máy tưới Nhưng nói chung theo các tài liệu hiện có thì chưa có dạng nào đạt tiêu chuẩn thương mại để sản xuất Vì vậy việc nghiên cứu chế tạo máy phục vụ sản xuất thu hoạch khoai

lang đang được tiếp tục hoàn thiện

- Các loại sàng phân ly bằng con lăn đặt sau lưỡi đào (hình 1.13), Phân

ly bằng sàng phẳng (hình 1.15), có kết cấu đơn giản nhưng cách phân ly chỉ phù hợp với lọai đất cát mịn không thể ứng dụng cho loại đất thịt trồng khoai ở Tỉnh Vĩnh Long

- Phân ly bằng sàng hình chóp nón hoặc hình trụ (hình 1.14) tuy khả năng phân ly tốt nhưng do kết cấu lớn nên khối lượng máy không phù hợp để hoạt động trên nền đất yếu ở ĐBSCL

- Phân ly bằng băng dũ (hình 1.16) có khả năng truyền tải và khả năng phân ly tốt nhưng kết cấu máy nhỏ phù hợp cho loại đất thịt trồng khoai có nền đất yếu ở ĐBSCL

- Máy thu hoạch khoai lang, các công trình trên thế giới cũng như trong nước chưa đề cập tới, do đó việc nghiên cứu đã xác định chúng phục vụ thiết

kế hoàn thiện máy có ý nghĩa thực tiễn cao

Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu nghiên cứu

Xác định một số thông số về cấu tạo và chế độ làm việc của máy dũ

khoai lang liên hợp với máy kéo Shibaura SD 3543 Kết quả nghiên cứu là cơ

sở khoa học cho việc thiết kế, hoàn thiện mẫu máy theo hướng tối ưu để áp dụng vào sản xuất nhằm cải thiện điều kiện làm việc, tăng năng suất lao động

và góp phần nâng cao tỷ lệ cơ giới hóa trong sản xuất Nông lâm nghiệp tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long

2.2 Đối tượng nghiên cứu

Máy dũ khoai lang do đề tài cấp Bộ:“ Cơ giới hóa khâu tưới, vun luống và thu hoạch khoai lang tại Tỉnh Vĩnh Long” tạo ra phục vụ thu

hoạch khoai lang

2.3 Phạm vi nghiên cứu

Một số thông số thuộc về cấu tạo và chế độ làm việc của bộ phận dũ có ảnh hưởng đáng kể đến các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của máy dũ khoai trong công nghệ thu hoạch khoai lang bằng cơ giới tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long

2.4 Nội dung nghiên cứu

2.4.1 Nghiên cứu lý thuyết

- Nghiên cứu động lực học của bộ phận đào và bộ phận dũ khoai

- Năng suất của máy và những yếu tố ảnh hưởng

- Chi phí năng lượng và những yếu tố ảnh hưởng

- Độ sót khoai sau thu hoạch và những yếu tố ảnh hưởng

2.4.2 Nghiên cứu thực nghiệm

a/ Nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố

- Nghiên cứu ảnh hưởng độc lập của góc đặt lưỡi đào, tốc độ của trục gây rung phím dũ và khoảng cách giữa hai phím kề nhau đến chi phí năng lượng của máy

- Nghiên cứu ảnh hưởng độc lập của góc đặt lưỡi đào, tốc độ của trục gây rung phím dũ và khoảng cách giữa hai phím kề nhau đến năng suất của máy

- Nghiên cứu ảnh hưởng độc lập của góc đặt lưỡi đào, tốc độ của trục gây rung phím dũ và khoảng cách giữa hai phím kề nhau đến độ sót khoai sau thu hoạch

b/ Nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố

- Quy luật và mức độ ảnh hưởng đồng thời của góc đặt lưỡi đào, khoảng cách giữa hai phím kề nhau và tốc độ của trục gây rung phím dũ đến chi phí năng lượng của máy dũ khoai lang

- Quy luật và mức độ ảnh hưởng đồng thời của góc đặt lưỡi đào, khoảng cách giữa hai phím kề nhau và tốc độ của trục gây rung phím dũ đến năng suất của máy dũ khoai lang

- Quy luật và mức độ ảnh hưởng đồng thời của góc đặt lưỡi đào, khoảng cách giữa hai phím kề nhau và tốc độ của trục gây rung phím dũ đến

độ sót sau thu hoạch của máy sau thu hoạch

2.5 Phương pháp nghiên cứu

2.5.1 Lựa chọn phương pháp nghiên cứu

2.5.2 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Xây dựng các công thức toán học tính toán năng suất, chi phí năng lượng riêng và độ sót khoai sau thu hoạch của máy dũ khoai lang trên cơ sở

tham khảo, phân tích tài liệu liên quan kết hợp với tính toán lý thuyết cũng như tham khảo ý kiến của các chuyên gia

2.5.3 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

a Quy hoạch hóa thực nghiệm đơn yếu tố

Nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố nhằm xác định mức độ ảnh hưởng riêng từng yếu tố đến một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của máy dũ khoai lang

Nguyên tắc chung của phương pháp thực nghiệm đơn yếu tố là: Cố định các yếu tố khác, thay đổi một yếu tố để xác định ảnh hưởng của yếu tố biến thiên

đó tới thông số mục tiêu, qua đó thăm dò được khoảng nghiên cứu cho phép của mỗi yếu tố và các ảnh hưởng tới giá trị cực trị của thông số mục tiêu

b Quy hoạch hóa thực nghiệm đa yếu tố

Trong lĩnh vực cơ khí nông nghiệp như thiết kế, chế tạo, sử dụng hay thử nghiệm, phương pháp quy hoạch hoá thực nghiệm đa yếu tố đóng vai trò hết sức quan trọng Nhờ có phương pháp này ta giảm bớt được khối lượng thí nghiệm, xác định được mức độ ảnh hưởng đầy đủ các yếu tố, để từ đó tìm ra được lời giải tối ưu cho quá trình nghiên cứu

Quy hoạch thực nghiệm được thực hiện theo nguyên tắc “hộp đen” nghĩa là đối tượng nghiên cứu là phần đóng kín “hộp đen” trong đó diễn ra những quá trình mà nghiên cứu khoa học không thể biết được

Trong đó:

X(t) - Các yếu tố có thể kiểm tra và điểu khiển được

Z - Các yếu tố có thể kiểm tra được nhưng không điều khiển được

E - Các yếu tố không kiểm tra, điều khiển được (các yếu tố nhiễu)

X (t)

ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

y1, y2, yn : Các thông số đầu ra

Do đó xây dựng mô hình toán học diễn tả tương quan giữa các tham số đầu vào (yếu tố vào) với tham số đầu ra (tham số ra) là nội dung chính của quy hoạch thực nghiệm

Để thực hiện được nội dung trên, thường phải tiến hành một loạt các bài toán kế tiếp nhau mà ta gọi là các bước (hay các giai đoạn) sau:

Bước 1: Chuẩn bị thiết bị, máy và dụng cụ cho thí nghiệm

Bước 2: Xây dựng nội dung thí nghiệm (giai đoạn tiền thực nghiệm) Bước 3: Chọn phương án thích hợp cho thực nghiệm

Bước 4: Tổ chức thực nghiệm

Bước 5: Gia công số liệu thực nghiệm

Bước 6: Phân tích và giải thích kết quả nhận được bằng thuật ngữ của

các lĩnh vực khoa học tương ứng

c Phương pháp giải bài toán tối ưu

Sau khi xác định được các phương trình dạng thực của các hàm mục tiêu, chúng tôi tiến hành giải bài toán tối ưu

Mục đích của việc giải bài toán tối ưu là xác định các thông số tối ưu của máy, kết quả tính toán đạt được là cơ sở để thiết kế hoàn thiện máy

Giải bài toán tối ưu đa mục tiêu có nghĩa là cùng một lúc phải xét đồng thời cực trị của nhiều hàm mục tiêu Thông thường các mục tiêu đặt ra trong bài toán tối ưu thường dẫn đến kết quả mâu thuẫn nhau Muốn đạt được giá trị tối ưu của một chỉ tiêu nào đó phải trả giá bằng tổn thất đối với các chỉ tiêu khác Nên vấn đề chính cần giải quyết ở bài toán này là làm thế nào để tìm được sự thỏa hiệp giữa các mục tiêu khác nhau Phương pháp thường dùng để giải bài toán đa mục tiêu là chuyển về bài toán một mục tiêu thông qua một phiếm hàm mục tiêu (F(xi) min) nào đó cùng với các điều kiện ràng buộc

Có các phương pháp chuyển như sau, [1],[9]:

- Phương pháp thứ tự ưu tiên

- Phương pháp trao đổi giá trị phụ (phương pháp nhân tử Lagrăngiơ)

- Phương pháp hàm trọng lượng

* Phương pháp thứ tự ưu tiên

Đây là phương pháp đầu tiên (theo lịch sử của bài toán) Nội dung là trong số các mục tiêu dạng (1) chỉ chọn lấy một chỉ tiêu quan trọng nhất, chủ yếu nhất (theo một quan điểm nào đó), ví dụ Y1, còn các chỉ tiêu khác được coi như những điều kiện giới hạn Bài toàn dẫn đến việc tìm cực trị của một chỉ tiêu Y1 trong khi đảm bảo các giá trị giới hạn của các chỉ tiêu còn lại (tức bài toán tối ưu có điều kiện)

Theo phương pháp này mức độ chính xác của bài toán phụ thuộc vào việc chọn tiêu chuẩn chính và giới hạn của các tiêu chuẩn khác Để xếp hạng thứ tự các tiêu chuẩn theo mức độ quan trọng và ý nghĩa của nó, thường phải tiến hành dò ý kiến của các chuyên gia trong lĩnh vực nghiên cứu Tất nhiên cũng không thể tránh khỏi những sai sót do những nhận định chủ quan

Để có lời giải chính xác hơn Straubel nêu ra trình tự tính toán ưu tiên như sau:

Các hàm mục tiêu Y1 được sắp xếp theo thứ tự quan trọng: YR1, YR2,…., YRm và bài toán được giải theo trình tự:

- Tối ưu bước 1: Giải bài toán:

YR1 (Xi) → min , (2.1)

Với Gk (Xi) ≥ 0 (2.2)

Xi,min ≤ Xi ≤ Xi,max (2.3)

Kết quả được Y’ R1 = YR1(Xi)

- Tối ưu bước 2: Để hàm YR2 đạt tối ưu thì hàm YR1 phải chịu tổn thất R1 nhất định, nên ta có bài toán:

YR2(Xi) → min , (2.4)

Cho đến bước thứ m ta tìm được lời giải của bài toán

* Phương pháp hàm trọng lượng (phương pháp tối ưu tổng quát kiểu tổng)

Nếu các tiêu chuẩn tối ưu có cùng số đo, có thể thành lập tiêu chuẩn tối ưu kiểu tổng như sau :

Giải bài toán với hàm mục tiêu tổng

Ghi chú : có thể biến đổi các tiêu chuẩn Yj về cùng số đo bằng cách đưa chúng về dạng không có số đo : Yj / Y0 j

* Phương pháp trao đổi giá trị phụ ( Phương pháp phân tử Lagrăngiơ )

Từ các biểu thức của hàm mục tiêu (2.1), cùng điều kiện giới hạn (2.3) và điều kiện ràng buộc (2.2), mô hình toán học của bài toán có dạng như sau, [1]:

max min

2 1

2 1

0 ) , , , (

min max, )

, , , (

i i i

n k

n j

j

x x x

x x x g

x x x f Y

( ) , (

1

1 j

m

j j

ij

j

F Y

  

 với x X và j 0 (2.15) Tại điểm tối ưu thì Y1(x*) F(x*,*) và 0 ;  0

F x

Y

n i

x F

j j

i

, , 2 , 1

; 0

, , 2 , 1

; 0

d Phương pháp thực nghiệm đo đạc và xử lý số liệu

- Phương pháp xác định chi phí năng lượng cho bộ phận dũ khoai

Chi phí năng lượng của liên hợp máy được xác định thông qua việc đo đồng thời hai thông số là mô men xoắn và tốc độ tại các bán trục chủ động của máy kéo Nhưng do điều kiện không cho phép đo đạc trực tiếp nên chúng tôi đánh giá chi phí năng lượng của liên hợp máy khi làm việc một cách gián tiếp thông qua lượng nhiên liệu mà liên hợp máy tiêu thụ trong khoảng thời gian một giờ làm việc cùng với suất tiêu hao nhiên liệu riêng (g/ml.h) Kết quả thu được cho phép tính ra chi phí năng lượng của liên hợp máy khi làm việc tương ứng với các thí nghiệm khác nhau

Chi phí nhiên liệu cho liên hợp máy tiêu thụ trong khoảng thời gian một giờ làm việc được xác định bằng cách đong nhiên liệu vào bình có các vạch kiểm tra sau đó đổ vào bình đựng nhiên liệu cho đến trùng với mức vạch ban đầu sau mỗi thí nghiệm, kết quả thu được là trung bình cộng của nhiều lần thí nghiệm

- Phương pháp xác định năng suất của máy

Năng suất của máy thu hoạch khoai được xác định như sau:

Dựa vào bảng ma trận kế hoạch hóa thực nghiệm được xác lập, các thí nghiệm được tiến hành trên các luống khoai có chiều dài, chiều rộng cố định

là (30 x 0,4) m Cho liên hợp máy làm việc ở số truyền 2, mức ga để cố định sau đó dùng đồng hồ bấm giây để đo thời gian liên hợp máy thu hoạch hoàn thành luống khoai Thí nghiệm được lặp lại nhiều lần và lấy giá trị trung bình, kết quả thu được làm cơ sở để tính năng suất giờ cho liên hợp máy

- Phương pháp xác định độ sót sau thu hoạch

Độ sót được đánh giá bằng khối lượng khoai còn sót nằm trong lòng đất hoặc bị đất lấp kín so với tổng khối lượng khoai thu hoạch được trên luống thí nghiệm nhân với 100%

Để xác định khối lượng khoai thu được cũng như khối lượng khoai còn sót lại, chúng tôi tiến hành dùng cân đồng hồ xác định cho từng thí nghiệm

Chương 3

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI

3.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy thu hoạch khoai lang

Từ năm 2008 - 2011, Tiến sỹ Hoàng Bắc Quốc cùng các nhà khoa học Viện Cơ điện Nông nghiệp, Trường Đại học Nông lâm TP Hồ Chí Minh thực

hiện đề tài cấp Bộ: “ Cơ giới hóa khâu tưới, vun luống và thu hoạch khoai lang tại Tỉnh Vĩnh Long” Một trong các sản phẩm của đề tài tạo ra là máy

dũ khoai trong công nghệ thu hoạch khoai bằng cơ giới

Máy có cấu tạo như hình 3.1

Cấu tạo của máy gồm hai bộ phận chính là:

- Bộ phận đào: Gồm lưỡi đào (17) hình mũi tên phẳng với góc doãng

là 2  được lắp phía trước bộ phận dũ với góc đặt lưỡi là 

- Bộ phận dũ khoai: Khi lưỡi đào đi vào trong luống khoai sẽ phá vỡ kết cấu và làm tơi đất với khoai trong luống Hỗn hợp đất – khoai di chuyển trên bề mặt của lưỡi vào bộ phận dũ Nhờ cào sẽ lùa hỗn hợp khoai - đất vào

bộ phận dũ gồm các phím đặt song song và cách nhau một khoảng không đổi Khi làm việc các phím rung động nhờ cam đặt lệch tâm tạo lực động để tách đất với khoai Các hạt đất có kích thước nhỏ hơn khe hở hai phím kề liền nhau

sẽ rơi tự do xuống mặt luống còn khoai có kích thước lớn hơn khe hở đó nên

nằm trên mặt phím và sẽ di chuyển cùng phím và bị hất ra phía sau

Mô men được truyền từ trục thu của máy kéo qua truyền lực các đăng

và hộp gảm tốc bánh răng côn (19) và các bộ truyền xích để dẫn động cho cào răng (1) lùa hỗn hợp đất – khoai, cam lệch tâm (12) và các phím (7) chuyển động

`

Hình 3.1 – Cấu tạo máy thu hoạch khoai lang

1: Cào răng lùa khoai và đất; 2: Khâu điều khiển răng; 3: Xích dẫn động răng lùa;4: Đĩa xích dẫn động các cơ cấu; 5: Võ máy; 6: Ổ bi; 7: Phím dũ khoai 8: Đĩa xích của sàng; 9: Đĩa xích dẫn động sàng;10, 11: Đĩa xích, xích dẫn động cam lệch tâm; 12: Can lệch tâm; 13: Xích đĩa xích dẫn động cam lệch tâm; 14: Bánh xe; 15: Đĩa xích; 16: Thanh thép; 17: Lưỡi đàokhoai 18: Gỗ; 19: Hộp giảm tốc; 20: Chân đỡ trước; 21: Trục dẫn động

3.2 Động lực học của lưỡi đào

3.2.1 Quá trình làm việc của lưỡi đào

Nhiệm vụ của lưỡi đào trong máy thu hoạch khoai là đào được lớp đã

có chứa củ, làm tơi vỡ một phần lớp đất đó và chuyển sang toàn bộ đất củ sang bộ phận phân ly Yêu cầu đối với bộ phận đào là chi phí năng lượng trong quá trình làm việc nhỏ, khả năng thoát tải (chuyển tải) cao không có hiện tượng ùn tắc

Để nghiên cứu các thông số hình học của lưỡi đào đặc biệt là góc đặt lưỡi α có thể khảo sát chuyển động của một nêm tam giác (hình 3-2) trong môi trường đất [Nguyễn Bảng]

Khi nêm tịnh tiến theo phương ngang từ phải qua trái theo quá trình diễn ra như sau:

Giai đoạn 1: nêm đi được một độ dài ds đất bị nén ép lại theo phương aa’ vuông góc với mặt nêm Trong giai đoạn này mặt nêm chịu một lực cản (áp lực của đất) cũng theo hướng aa’ Lực cản này phụ thuộc rất nhiều vào góc α Góc α càng nhỏ lực cản này càng nhỏ và ngược lại

Giai đoạn 2: nêm tiếp tục di chuyển đến cuối giai đoạn 1, đất bắt đầu xuất hiện vết nứt Theo Goriaskin [2] vị trí của vết nứt ở đầu nêm, phương của vết nứt hợp với phương ngang một góc  theo công thức:

2 2

Giai đoạn 3: khi đất được nâng lên một độ cao h, trọng lượng của khối đất đủ khả năng phá vỡ sự liên kết của khối đất phía dưới làm mất khả năng dồn ép của lớp đất tiếp theo Khi đó lớp đất phía trên tự rơi xuống theo trọng lượng người ta gọi hiện tượng này là hiện tượng tụt lỡ

Quá trình nghiên cứu cho thấy độ cao h phụ thuộc rất nhiều vào cơ lý tinh, độ ẩm của đất, độ đào sâu lớp đất Đất càng tơi xốp, độ ẩm càng nhỏ, độ sâu càng mỏng thì độ cao h càng nhỏ nghĩa là hiện tượng tụt lỡ càng dễ xảy ra

3.2.2 Ảnh hưởng của góc đặt lưỡi đến quá trình làm việc

Lưỡi đào (17 hình 3.1) lắp phía trước máy thu hoạch khoai lang Khi làm việc nó có nhiệm vụ đào để phá vỡ kết cấu luống khoai và di chuyển đất với khoai, rễ khoai trên bề mặt lưỡi đến bộ phận cào để hất vào bộ phận dũ

Góc đặt lưỡi đào ảnh hưởng lớn đến đặc điểm tác động của lưỡi vào luống khoai Ta xem xét sự làm việc của lưỡi đào ABC (hình 3.2)

Hình 3.2 - Lực tác dụng lên phần tử đất khi tiếp xúc với lưỡi đào

Gọi lực tác dụng của lưỡi đào vào đất theo phương vuông góc với bề mặt làm việc là lực pháp tuyến N Phân tích lực pháp tuyến N tác động lên phần tử đất m thành 2 thành phần P và T theo 2 phương: Phương chuyển động của lưỡi và phương song song với mặt phẳng làm việc AB

Ngoài lực pháp tuyến N, lưỡi đào còn tác động lên phần tử m lực ma sát F Tổng hợp lực pháp tuyến (N) và lực ma sát (F) ta được hợp lực tổng hợp (R) lệch so với phương pháp tuyến N một góc ma sát 

F N

R  (3.2) Phân tích quá trình làm việc của lưỡi đào phụ thuộc vào góc cắt trước (góc đặt), có hai chế độ làm việc như sau:

- Phần tử đất m vừa chuyển động cùng với lưỡi vừa chuyển động trên bề mặt lưỡi (AB)

- Phần tử đất m chỉ chuyển động cùng lưỡi đào mà không trượt trên bề mặt lưỡi (AB)

Để lưỡi đào làm việc theo chế độ đầu thì lực T phải lớn hơn lực ma sát tối đa giữa đất và bề mặt làm việc, nghĩa là:

2 thì m sẽ không trượt trên mặt phẳng AB mà chỉ chuyển động cùng với mặt phẳng AB

Kết quả nghiên cứu [Nguyễn Bảng] đi đến kết luận góc đặt lưỡi α trên máy đào củ càng có lợi về chi phí năng lượng đồng thời tăng khả năng thoát tải, không thể giảm góc α đến mứt quá nhỏ vì yêu cầu lưỡi phải nâng được hỗn hợp đất cứ một độ cao cần thiết để có thể chuyển lên bộ phận phân ly ở phía sau Thế vào đó khi góc α quá nhỏ sẽ nảy sinh lực ma sát giữa lưỡi với đáy luống dẫn đến tăng lực cản Theo tài liệu [Nguyễn Bảng] nên chọn góc α trong giới hạn từ 100 đến 200

3.2.3 Lực tác dụng lên lưỡi đào

Xét lưỡi đào có cấu tạo đối xứng Lực tác dụng lên lưỡi trong mặt phẳng đứng dọc là Rxz như hình 3.3 Phân tích lực Rxz ra làm hai thành phần

là Rx và Rz, ta có:

R xz  R x  R Z (3.5) Trong đó:

Rx – Biểu thị lực cản theo phương chuyển động

Rz – Biểu thị khả năng tự ăn sâu của lưỡi vào đất

Vị trí của Rz được xác định bởi góc  và kích thước b và l

Theo kết quả nghiên cứu cuart GN Cinhiacốp ta có:

h = (0,3 -0,5)a và l = 0,5b (3.6)

và ( )



    (3.7) Trong đó:

a - chiều sâu lớn nhất khi lưỡi đào làm việc, (m)

b - Bề rộng làm việc của lưỡi đào, (m)

- là góc đặt lưỡi

 - góc ma sát của đất

Như vậy R z R x tg (3.8) Vấn đề đặt ra là xác định lực Rx ?

Để lưỡi đào chuyển động thẳng đều cần tác dụng lên nêm một lực cần thiết Rx

Gọi: Rx1 là hợp lực theo phương chuyển động của lưỡi đào trên mặt phẳng AC

- N là lực pháp tuyến tác dụng lên bề mặt AC

- N’ là lực pháp tuyến tác dụng lên bề mặt AB

- F – lực ma sát trên mặt AC

- F1 – Lực ma sát trên mặt AB

-  là góc ma sát của mặt trên của lưỡi (AC) với đất

- 1 là góc ma sát của mặt dưới của lưỡi (AB) với đất

Hình 3.3 - Sơ đồ xác định lực cần thiết để lưỡi đào làm việc

Chiếu các lực lên phương chuyển động của lưỡi đào khi làm việc ta xác định được lựcc cần thiết Rx theo công thức:

cos

cos sin cos

F1 = R cos(    ).tg1 (3.14) Thay