1 Đặt vấn đề Một đất nước phát triển nhanh phải có tầm nhìn xa tương lai có dự đoán biến động.Hiện giới nhu cầu vê ngũ cốc sản phẩm nông nghiệp ngày tăng nhanh lượng trữ giảm mạnh.Trên giới, số quốc gia thúc đẩy sản xuất lượng sinh học từ ngô, lúa mỳ sản phẩm nông nghiệp khác ngày tăng Thứ nhất: Sử dụng lượng sinh học thường trợ cấp lớn để tạo cạnh tranh với xăng dầu diezel; Thứ hai: thành phần tái sinh nhiên liệu sinh học tăng lên Cộng đồ Nhưng vấn đề mà nước gặp phải là: Thứ nhất: thực tế việc sản xuất nhiên liệu thức ăn cạnh tranh nguồn đất sử dụng hữu hạn; Thứ hai: cầu ngũ cốc tăng không làm giá ngũ cốc tăng lên mà làm cho giá lương thực khác tăng lên: ví dụ: giá sản phẩm thịt tăng chi phí thức ăn cho vật ni cao hơn; Thứ ba: thêm đất dành cho sản xuất nhiên liệu đất cho trồng trọt Đất nước ta đất nước nông nghiệp việc phát triển nông nghiệp ưu tiên hàng đầu.với điều kiện khí hậu đất đai thuân lợi ta phải tăng tốc độ phát triển cách đại hóa nơng nghiệp Chế biến nơng sản phẩm ngành kỹ thuật mà hầu giới ngày quan tâm phát triển để nâng cao số lượng chất lượng nơng sản hàng hố, đáp ứng cầu tiêu thụ ngày tăng người vật nuôi Việc cung cấp thức ăn chăn ni có ý nghĩa quan trọng có tính chất định đến sốa lượng, chất lượng chăn nuôi Trong việc cung cấp thức ăn, vấn đề sản xuất thức ăn, đề chế biến có ý nghĩa quan trọng: tăng khả tiêu hoá thức ăn, tăng chất lượng thức ăn, súc vật đở tốn sức nhai thức ăn, ngăn ngừa bệnh tật cho vật nuôi, tận dụng nhiều phụ phế phẩm nông công nghiệp, bổ dung cho thể vật nuôi, bổ sung cho sở thức ăn, nhát tình hình thiếu cân đối đàn vật nuôi thức ăn Một máy chế biến thức ăn máy thái thức ăn có nhiệm vụ làm nhỏ rau,c ỏ tươi, khô thành đoạn (dài, ngắn) củ thành lát (dày, mỏng) với đoạn thái hay lát thái điều chỉnh theo quy định vật nuôi Các phận làm việc cuả máy cắt thái dùng chăn nuôi (ra, cỏ, rơm, củ, quả) thường dựa theo nguyên lý cắt thái cạnh sắc lưỡi dao Do mà tơi chọn chun đề “Phân tích, tính tốn sơ đồ cho dao thái lưỡi cong, từ đưa ưu nhược điểm phạm vi sử dụng” nội dung nghiên cứu 2.1 Cơ sở lý thuyết trình cắt thái lưỡi dao Các phân làm việc máy cắt thái dùng chăn nuôi (rau, cỏ, rơm, củ, quả) thường dựa theo nguyên tắc thái cạnh sắc lưỡi dao Quá trình cắt thái thường thực cách di chuyển cạnh góc nhị diện AB (cạnh sắc) hợp với mặt phẳng lưỡi dao theo hướng P vng góc với cạnh (hình 1.a) cách di chuyển cạnh sắc AB theo hướng vng góc với Vừa theo phương P (hướng cắt pháp tuyến) vừa theo hướng q vng góc với P (hướng cắt tiếp tuyến), nghĩa theo hướng chéo hợp r (hướng cắt nghiêng) (hình 1.b) Dao A B Vật thái P q p r a) p b) Hình 1: Tác dụng cắt thái lưỡi dao Những thí nghiệm Goriatskin V.P chứng minh cắt thái theo hướng nghiên tạo lực cần thiết tăng chất lượng thái so với cắt thái theo hướng pháp tuyến: Dùng Rơbécval (hình 2.a) đĩa A đặt cân N, trọng lượng nặng khác nhau, bên đĩa thay lưỡi cho B, lắp đĩa quay lên N, g E N,g D B C a) b) S, mm Hình 2: thí nghiệm cắt thái Gơriatskin Thí nghiệm cắt cọng rơm C có phận giữ để cọng rơm vào lưỡi dao, dồng thời di chuyển với cọng rơm tay kéo E dọc cạnh sắc lưỡi dao với đọi dịc chuyển S mm Kết trình bày bảng sau: N S 600 1.5 500 400 300 20 -N te S=A.e N S = C 200 100 100 160 Gơriatskin gọi trường hợp cắt pháp tuyến (theo thí nghiệm S=0) q trình chặt bổ, cắt thái khơng trượt, trường hợp cắt nghiên (theo thí nghiệm S khác 0) trình cắt thái trượt Rõ ràng cắt thái trượt, lực cần thiết để cắt thái giảm so với cắt thái không trượt 2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình cắt thái lưỡi dao a) Áp suất riêng q(N/cm) cạnh sắc lưỡi dao vật khác: yếu tố chủ yếu trực tiếp bảo đảm trình cắt đứt vật thái liên quan đến yếu tố khác thuộc phạm vi dao thái vật thái b) Các yếu tố dao + Độ sắc S (mm) cạnh sắc lưỡi dao: chiều dày s (hình 3) Thơng thường độ sắc cự tiểu đạt tới 20-40 µm Đối với máy thái chăn ni, S khơng vượt q 100 µm, S 100 µm lưỡi dao coi bắt đầu cùn thái Rõ ràng độ sắc S lớn áp suất riêng q tăng S Hình 3: Cạnh sắc lưỡi dao + Góc cắt thái α (hình 4) + Độ bền vật liệu làm dao + Vận tốc lưỡi dao V c) Điều kiện trượt lưỡi dao vật thái: Như biết đường trượt lưỡi dao vật thái (hay vật thái lưỡi dao quan hệ tương hỗ) dài lực cắt thái giảm d) Quan hệ dao thái kê thái +) Khe hở ô cánh sắc lưỡi dao cạnh sắc kê +) Góc kép χ điều kiện kẹp vật thái cạnh sắc lưỡi dao cạnh sắc kê Với trị số góc mở nhỏ đủ để hai cạnh sắc kẹp yên vật thái để cắt góc mở gọi góc kẹp χ Giá trị góc kẹp χ phải đảm bảo thiết kế phận dao thái có kê điều kiện để dao kê kẹp vật thái χ χ ≤ ϕ1’ + ϕ2’ Với ϕ1’: góc trượt (tương tự góc ma sát) cạnh lưỡi dao với vật thái ϕ2’: góc cắt trượt (tương tự góc ma sát) cạnh sắc kê với vật thái e) Độ liền chất lượng vật thái αβσ σ δ Hình 4: góc cắt thái 2.3 Mục đích chuyên đề - Phân tích, tính tốn sơ đồ dao lưỡi cong - Nêu ưu nhược điểm phạm vi sử dụng 2.4 Một số nội dung đề tài - Phân tích tổng qt - Tính tốn sơ đồ dao lưỡi cong - Ưu nhược điểm Đối tượng phương pháp nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu - Dao lưỡi cong 3.2 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thu thập số liệu - Phương phá tính tốn Nội dung kết nghiên cứu 4.1 Phân tích tổng quát Một sơ đồ dao thái hợp lý phải đáp ứng nhu cầu sau: + Năng lượng tiêu thụ để thái tốn + Tải trọng tác dụng lên trục máy phải tương đối đặn + Vật thải phải kẹp theo toàn chiều dai làm việc lưỡi dao Gơriatskin nghiên cứu sơ đồ dao thái theo đường cong toán học: đường xoắn hypecpol, đường xoắn logarit, đường xoắn acsimet, đường tròn lệch tâm, đường tròn khai triển, đường khai triển nghịch đảo vòng tròn, đường thẳng, đường χ=Ct.e, đường r.cos(τ-4)=Ct.e Tuy nhiên, hai đường thông dụng lưỡi dao máy thái rau cỏ rơm: đường thẳng, đường tròn lệch tâm Sơ đồ kích thước hai loại dao thẳng cong theođường trịn lệch tâm trình bày hình Hình 5: Sơ đồ tổng quát dao thái Ký hiệu kích thước hình vẽ quy định chung sau: a- Chiều cao họng thái b- Chiều rộng họng thái h- Khoảng cách từ trục quay đến lưỡi kê thái theo đường thẳng đứng c- Khoảng cách từ trục quay tới mép họng thái theo đường nằm ngang ϕ- góc quay dao θ- góc quay bán kính vectơ (trong toạ độ cực) u- Khoảng cách từ trục quay đường nằm ngang tới điểm dich chuyển lưỡi dao theo cạnh sắc họng thái v- Khoảng cách từ đường thẳng góc với lưỡi dao (kẻ từ tâm quay) tới điểm lưỡi dao mà ta xét τ- góc trược χ- góc kẹp Theo sơ đồ trên, ta thấy dao cong q góc xác định đường tiếp tuyến điểm lưỡi dao mà ta xét Các kích thước sơ đồ dao thái liên hệ với theo hệ thức chung r2 = u2 + h2 u = r.cos (τ - χ) h = r.sin (τ - χ) = u.tg (τ - χ) Hay χ = τ - arccos u h h = τ - arcsin = τ - arctg r r u (1) Theo yêu cầu chung sơ đồ dao thái nói trên, rút yêu cầu cụ thể sau: a) Góc trượt τ điểm lưỡi dao phải tăng dần bán kính vectơ r hay ứng với u (w= r + h ) b) góc χ phải nhỏ hay 2ϕ’ c) Độ dài cung thái ∆S phải nhỏ (và nhỏ dần bán kính r tăng lên hay) d) Đại lượng dϕ phải tăng lên theo u du Hai yêu cầu cuối bảo đảm cho tải trọng tác dụng lên trục lên máy đặn, góc quay dϕ, đọ ngập dâu lưỡi dao cắt vật thái dẽ giảm đi, đồng thời ∆S nhỏ dần, nhờ lực cản cắt gây mô men cản cắt thái Đối với sơ đồ dao thái cụ thể muốn chọn, ta cần phân tích u cầu nói để xem loại dao có thiết kế hợp lý khơng Trong sơ đồ tổng quát, cần xét vấn đề vị trí đặt họng thái so với tâm quay, tức độ cao h đặt họng thái Độ cao h khoảng cách từ tâm quay theo đường thẳng đứng tới cạnh kê họng thái, có ảnh hưởng đến đại lượng τ, χ, ϕ Vì coi đại lượng để tính tốn thiết kế Thường cạnh đáy họng thái đặt thấp tâm quay, ngược lại ta có góc kẹp bằng: χ=τ+arctg h u Nghĩa góc kẹp χ lớn q, khó bảo đảm điều kiện kẹp (vì điều kiện địi hỏi χ ≤ 2ϕ’) Ngồi ra, họng thái đặt thấp tâm quay tăng h, trị số góc trượt cực đại τmax tăng thuận lợi cho điều kiện thái vì: τmax ≤ χkẹp + arctg u h max Do đó: h u max = h ≥ tg (τ max − χ kep ) b+c Tuy nhiên, h vượt q giới hạn đó, góc kẹp χ bé không được, lưỡi dao bị chạm (tiếp tuyến) vào cạnh sắc kê thái điêu cần tránh, khe hở lưỡi dao kê thái q hẹp Từ phương trình χ=τ+arctg Ta có: h u utgτ − h tgχ = u + htgτ (2) h u Với điều kiện tgχ>o ta tgτ > Trong dao thái, thường tgτmin tg(τmin - χmin) > 0, h < c Cuối ta có điều kiện: c > h ≤ (b+c) tg (τmin - χkẹp) Kích thước c đóng vai trị quan trọng thiết kế dao thái Không lấy c nhỏ phải ý khoảng cách lắp trục, gối đỡ, Thường c = 75 - 100 mm Hình 6: tính chiều cao đặt họng thái 4.2 Tính tốn sơ đồ dao thái lưỡi cong Trong loại dao thái lưỡi cong, đơn giản phô biến loại lưỡi dao cong đường trịn lệch tâm (hình 7) Hình 7: sơ đồ dao lưỡi cong theo vịng trịn lệch tâm Phương trình đường trịn (O 1) có bán kính R tâm quay O với độ lệch tâm e = OO1 toạ độ cực (θ, r) là: R2 = e2 + r2 + 2.e.r.cosθ 10 (Suy từ tam giác OMO1 với OO1 = e; OM = r; O1 = R góc (e, r) = góc O1O = π - θ); θ góc cực điểm M, tức góc hợp bán kính vectơ OM với chuẩn OO1 kéo dài xuống phía Ta suy từ tam giác OMO (hay từ tam giác OKO1’ vậy, tâm O1 quay tới O1’ , M tới K) với góc OMO1 = OO1M = θ - ( R = sin(π − θ π - τ, góc π - τ) ta có hệ thức: e r = π π sin( − τ ) sin[θ − ( − τ )] 2 hay: R e r = = sin θ cosτ cos(θ + τ ) (3) rút ra: cosτ = e e sin θ hay τ = arccos( sin θ ) R R Như vậy, ta vẽ đường biểu diễn phụ thuộc góc trượt τ với góc cực θ (hình 8) thấy : Hình : Đồ thị τ phụ thuộc θ 0≤ θ < π π => ≥ τ ≥ τ 2 11 θ= e π => τ = τmin = arc cos R π π ≤ θ => τmin < τ ≤ 2 Rõ ràng đường lệch tâm (hình 7) ta thấy cung từ điểm O (có θ = π τ = τmin) trở lên làm lưỡi dao, nghĩa điểm M dao có góc trượt τ tăng ( từ τmin đến π ) τηεοθ, tương ứng với đoạn CB đồ thị τ(θ)), lưỡi dao cong theo vịng trịn lệch tâm có góc τ biến thiên hợp lý (tăng dần cuối trình cắt thái) Cần ý góc τ nên lấy khoảng τmin τmax cho công thức cắt thái riêng A2 đạt trị số tương đối nhỏ Như vậy, τmin = arccos e hình 8, phải lấy trị số hình R Cịn τmax điểm uốn lưỡi dao lấy trị số τ2 hình (τmax = 50 - 600, khơng thể lấy tới 900 được) Hình : Sự phụ thuộc cơng riêng Ar với góc trượt τ Bây ta xét đến góc kẹp χ Theo hình 7, tam giác OHK cho ta : h = r(cosθ - ϕ) u = r 12 Do đó: r.cosθ = h cosϕ - u.sin ϕ hay cosθ = h cosϕ − u.sin ϕ r Ngoài ra, từ tam giác HIO, HDK OGK ta suy r.sin (π - θ) = h.sinϕ + u.cosϕ hay inθ = h sinϕ − u cos ϕ r Từ công thức (2) tính tgχ, tgτ >1 suy từ công thức (3) ta tgτ = e cos θ + r , thay trị số vào cơng thức tính tgχ, sau e sin θ đơn giản, được: u − e sin ϕ tgχ = h + e cos ϕ Theo công thức này, ta thấy u tăng tgχ tăng dần, nghĩa góc kẹp χ tăng lên từ trị số cực tiểu χmin (vào lúc bắt đầu thái) tới trị số cực đại χmax (vào cuối trình thái) Hoặc từ cơng thức (1) tính χ =τ h u arctag , ta thấy trình cắt thái τ tăng dần, u tăng số hạng arctag h giảm, góc kẹp χ rõ ràng tăng dần Vấn đề u cần ý phải phân bố từ thiết kế cho góc kẹp χmax ≤ 2ϕ’ (ở cuối lúc cắt thái) đảm bảo điều kiện kẹp 13 Hình 10::Tính đoạn dao thái ∆S dao lưỡi cong Về độ dài đoạn dao thái ∆S tính theo hình 10 sau: Đoạn ∆S cung chắn góc ∆w, nghĩa ∆S = R ∆w Mặt khác, theo hình vẽ ta có góc AOC = arc cos arc cos k1 góc BOC = R k2 R Đồng thời k1 = h1 + e.cosϕ k2 = h2 + e.cosϕ Do đó: ∆S = R (arc cos h1 + e cos ϕ h2 + e cos ϕ - arc cos ) R R Độ dài ∆S lớn nằm khoảng AA’ DD’ trạng thái thay đổi đột ngột hơn, họng thái có chiều cao a nhỏ, ∆S lớn so với lưỡi dao thẳng Cuối cùng, ta xét đến tỷ số dϕ Hình sau ta cho ta du 14 Hình 11:Tính độ dài đoạn ∆S u = h.tg(θ - ϕ) hay (θ - ϕ) = arctag ϕ = θ - arctag Vậy: u h u h Lấy vi phân hai ta được: dϕ = dθ Ngoài ra, ta lại có udu = rdr tgτ = h.du u + h2 r.dθ , từ thay trị số dr vào phương trình dϕ rút : dϕ u − e sin ϕ dϕ utgι − h = du = e( w cos ϕ + h sin ϕ ) du u + h Do đó, tăng dϕ tăng, nghĩa thuận lợi cho việc tác du động đặn tải trọng lên trục máy 4.3 Ưu, nhược điểm phạm vi ứng dụng 4.3.1 Ưu điểm 15 - Hiện tượng cắt trượt thuận lợi (τ tăng dần trình thái) - Tải trọng tác động lên trục máy tương đối đặn dao thẳng - Dễ chế tạo, mòn dễ phục hồi dạng lưỡi dao ban dầu cách mài Khi cắt để làm dao tiết kiệm (vì làm dao, bán kính ngồi dao bán kính dao cắt tiện) 4.3.2 Nhược điểm Hiện tượng kẹp vật thái cuối qúa trình thái 4.3.3 Phạm vi ứng dụng Hiện máy thái sử dụng nhiều công nghiệp chế biến thức ăn gia súc Phần lớn nguyên liệu sử dụng làm thức ăn gia súc, thức ăn tươi, loại rau, củ, điều phải trải qua công đoạn thái Riêng dao lưỡi cong thường sử dụng để thái rau, cỏ, rơm Khi thiết kế dao cần ý đến tỷ số e , đại lượng coi R thông số sơ đồ dao thái lưỡi cong, từ suy nhiều kích thước khác 16 Hình 12: Miền giới hạn tác dụng dao Như ta biết cos τmin F = 0,8-0,9, chọn e e , với τmin = 25 - 350 phải chọn = R R e lớn góc kẹp χ giảm R Khi đặt họng thái cần xét đến miền giới hạn tác dụng dao hợp hai vịng trịn có bán kính R-e R+e (hình 12) Họng thái phải đặt vành khăng Như phải có: c>R-e, hay: c e > 1− R R b < 2e hay Với h