Đồ án Thiết kế và chế tạo máy cắt lá dâu tằm ăn, năng suất 50 kg/giờ (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thiết kế và chế tạo máy cắt lá dâu tằm ăn, năng suất 50 kg/giờ (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY CẮT LÁ DÂU TẰM AN, NANG SUẤT 50 KG/GIỜ GVHD:ThS. HỒ SỸ HÙNG SVTH: LƯU ANH KIỆT MSSV: 12143100 SVTH: PHẠM HIẾU LỄ MSSV: 12143500 S K L 0 0 4 9 1 6 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2017
2. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY CẮT LÁ DÂU TẰM ĂN, NĂNG SUẤT 50 KG/GIỜ GVHD:ThS. HỒ SỸ HÙNG SVTH: LƢU ANH KIỆT MSSV: 12143100 SVTH: PHẠM HIẾU LỄ MSSV: 12143500 Khoá:2012 - 2016 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017
3. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY CẮT LÁ DÂU TẰM ĂN, NĂNG SUẤT 50 KG/GIỜ GVHD:ThS. HỒ SỸ HÙNG SVTH:LƢU ANH KIỆT MSSV: 12143100 SVTH:PHẠM HIẾU LỄ MSSV: 12143500 Khoá:2012 - 2016 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2017
4. KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM BỘ MÔN CN CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên:LƢU ANH KIỆT MSSV: 12143100 Ngành: công nghệ chế tạo máy Lớp: 121431A Họ và tên sinh viên:PHẠM HIẾU LỄ MSSV: 12143500 Ngành: công nghệ chế tạo máy Lớp: 121431C Giảng viên hƣớng dẫn: ThS. HỒ SỸ HÙNG ĐT: Ngày nhận đề tài: 6/3/2017 Ngày nộp đề tài: 15/7/2017 1. Tên đề tài:THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY CẮT LÁ DÂU TẰM ĂN, NĂNG SUẤT 50 KG/GIỜ. 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Năng suất 50 kg/giờ, chiều rộng sản phẩm cắt từ 3mm đến 10mm. - Tài liệu liên quan về thiết kế, chế tạo. - Ứng dụng phần mềm Inventor, Autocad để thiết kế. 3. Nội dung thực hiện đề tài: - Tìm hiểu về lá dâu tằm ăn. - Tìm hiểu nguyên lý cắt lá. - Đề xuất phƣơng án, phân tích và lựa chọn phƣơng án. - Thiết kế, chế tạo máy cắt lá dâu tằm ăn 4.Sản phẩm - Bản thuyết minh, tập bản vẽ A0, A3,máy cắt lá dâu tằm. TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký,ghi rõ họ tên) ii
5. LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đƣợc đồ án tốt nghiệp này, nhóm thực hiện xin chân thành cảm ơn các thầy cô, các anh chị em đã hƣớng dẫn, tạo điều kiện và hỗ trợ nhóm trong quá trình thực hiện đề tài. Đặc biệt, nhóm xin gửi lời cảm ơn đến thầy Hồ Sỹ Hùng-Th.S, thầy Nguyễn Minh Chính-KS, thầy Nguyễn Nhật Phi Long-Th.S hiện đang công tác tại trƣờng ĐH.SPKT Tp.HCM đã hƣớng dẫn tận tình, nhắc nhở và động viên tinh thần cho nhóm những lúc khó khăn. Đề tài này nhóm gặp sự cố nên phải thực hiện thiết kế và vừa chế tạo trong thời gian ngắn nên sẽ khó tránh khỏi những sai sót, kính mong quý thầy cô, bạn đọc thông cảm và nhiệt tình góp ý để nhóm có thể hoàn thành tốt hơn trong những lần sau. Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn bạn đọc đã quan tâm. Tp.HCM, ngày . tháng . năm 2017 NHÓM THỰC HIỆN iii
6. TÓM TẮT ĐỒ ÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY CẮT LÁ DÂU TẰM ĂN, NĂNG SUẤT 50 KG/GIỜ Lá dâu tằm là thức ăn của loài tằm trong ngành chăn nuôi tằm lấy tơ. Tùy vào độ tuổi của con tằm mà người nuôi phải thái lá dâu tằm ra để nâng cao hiệu quả chăn nuôi cũng như tiết kiệm chi phí. Độ tuổi của con tằm càng lớn thì kích cỡ cắt lá dâu càng lớn. tuổi đời con tằm từ lúc non cho đến lúc làm kén sẽ ăn lá dâu với kích thước từ 3mm đến 10mm. Lá dâu tằm là loại lá mềm, được thu hoạch bằng tay cùng với phần thân non cho tằm ăn. Hiện nay quy mô ngành nuôi tằm lấy tơ đã được mở rộng. qua đó đã có vài sản phẩm máy nông cụ phục vụ cho việc cắt lá dâu. Nhưng hiện nay vẫn chưa có loại máy nào đảm bảo được tính năng chỉnh được cử cắt lá, đảm bảo năng suất 50kg/h, dễ vận hành, sửa chữa. Dựa trên nguyên lý dập cắt truyền động nhờ bánh đà và biến tốc vô cấp sử dụng đai thang, nhóm nghiên cứu đã phát triển chúng để giải quyết vấn đề đặt ra. Trong khoảng thời gian có hạn, tài chính và khả năng còn hạn chế, do đó năng suất máy tạo ra chưa đúng với thiết kế và sản phẩm còn nhiều lỗi. Trong thời gian tới, nhóm thực hiện sẽ phát triển máy để có thể cho ra sản phẩm tốt hơn. iv
7. ABSTRACT DESIGN AND FABRICATION MULBERRY LEAF CUTTING MACHINE, CAPACITY 50 KG/H. Mulberry leaf is the food of silkworms in Silkworm farming. Depending on the age of the silkworm, farmers must cut Mulberry leaf to improve efficiency as well as cost savings. The larger the silkworm's age, the larger the cut size. The silkworm age from young until cocoon will eat Mulberry leaf from 3mm to 10mm. Mulberry leaf is soft leaf, harvested by hand along with the young body. At present, silkworm rearing scale has been expanded. There are several farm machines for cutting Mulberry leaf.But there aren’t any machines that can guarantee feature of cutter adjustment, ensure productivity 50kg / h, easy to operate, repair. Based on the principle of flywheel cutting and variable speed drive, the team developed them to solve the problem. For a limited time, finance and capacity are limited, so productivity is incorrect with the design and the product has many faults. In the future, the team will develop the machine to be able to produce better product. v
8. MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN iv ABSTRACT v MỤC LỤC vi DANH MỤC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC HÌNH ẢNH,BIỂU ĐỒ x CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU 1 1.1. Tính cấp thiết 1 1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1 1.3. Mục tiêu nghiên cứu 1 1.4. Đối tƣợng nghiên cứu 1 1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu 1 1.6. Kết cấu đồ án tốt nghiệp 2 CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 3 2.1. Giới thiệu 3 2.1.1. Nguồn gốc cây dâu tằm 3 2.1.2. Tình hình sản xuất dâu tằm tơ tại Việt Nam 3 2.2. Quy trình hoạt động của máy 4 2.3. Ƣu điểm của đề tài 4 2.4. Nhƣợc điểm của đề tài 5 2.5. Các nghiên cứu liên quan đến đề tài 5 2.5.1. Ngoài nƣớc 5 2.5.2. Trong nƣớc 6 CHƢƠNG 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7 3.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình cắt bằng lƣỡi dao. 7 3.2. Vận chuyển vật liệu rời 11 3.2.1. Vít tải 11 3.2.2. Băng tải 13 3.2.3. Gàu tải 14 3.3. Các bộ truyền chuyển động 15 3.3.1. Bộ truyền đai 15 3.3.2. Bộ truyền xích 17 3.3.3. Bộ truyền bánh ma sát 19 3.4. Dao cần lắc và culit quay 21 vi
9. CHƢƠNG 4. PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƢƠNG ÁN 22 4.1. Sơ đồ động học máy cắt lá dâu 22 4.2. Phân tích và chọn phƣơng án 22 4.2.1. Bộ phận cắt 22 4.2.2. Bộ phận cấp liệu 22 4.2.3. Bộ truyền chuyển động 23 CHƢƠNG 5. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ PHƢƠNG ÁN ĐÃ CHỌN 24 5.1. Cơ sở tính toán thiết kế 24 5.2. Bảng tính toán thông số 24 5.2.1. Công suất của băng tải 24 5.2.2. Công suất của dao cắt 25 5.2.3. Chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền 26 5.2.4. Bộ truyền đai 28 5.2.5. Bộ biến tốc 30 5.2.6. Lò xo cho bộ biến tốc 33 5.2.7. Bộ truyền xích 33 5.3. Tính toán trục 37 5.3.1. Trục 1 37 5.3.2. Trục 2 41 5.3.3. Trục 3 44 5.3.4. Trục 4 47 5.3.5. Trục 5 50 5.3.6. Kiểm nghiệm độ bền của then 53 5.4. Tính gối đỡ trục 54 5.4.1. Gối đỡ trục 1 54 5.4.2. Gối đỡ trục 2 55 5.4.3. Gối đỡ trục 3 56 5.4.4. Gối đỡ trục 4 57 5.4.5. Gối đỡ trục 5 58 CHƢƠNG 6. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG MỘT SỐ CHI TIẾT ĐIỂN HÌNH49 6.1. Trục 1 60 6.1.1. Quy trình công nghệ 60 6.1.2. Thiết kế nguyên công 61 6.2. Biến tốc chủ động 1 80 6.2.1. Quy trình công nghệ 80 6.2.2. Thiết kế nguyên công 82 vii
10. CHƢƠNG 7. THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 98 Một số hình ảnh các chi tiết sau khi gia công: 98 Hình ảnh một số các thành phẩm sau khi cắt: 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO 106 viii
11. DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Diễn biến diện tích dâu 4 Bảng 3.1 Hệ số C1 12 Bảng 5.1 Tính toán công suất băng tải 24 Bảng 5.2 Tính toán công suất dao cắt 25 Bảng 5.3 Tính toán động cơ và tỉ số truyền 26 Bảng 5.4 Tính toán bộ truyền đai giữa trục động cơ và trục 1 28 Bảng 5.5 Tính toán bộ truyền đai giữa trục 1 và trục 2 29 Bảng 5.6 Tính toán bộ truyền đai giữa trục 1 và trục 5 30 Bảng 5.7 Tính toán bộ biến tốc 30 Bảng 5.8 Tính toán lò xo cho bộ biến tốc 33 Bảng 5.9 Tính toán bộ truyền xích giữa trục 3 và trục 4 34 Bảng 5.10 Tính toán bộ truyền xích giữa trục 4 và trục tang tải 36 Bảng 5.11 Tính trục 1 37 Bảng 5.12 Tính trục 2 41 Bảng 5.13 Tính trục 3 44 Bảng 5.14 Tính trục 4 47 Bảng 5.15 Tính trục 5 50 Bảng 5.16 Kiểm nghiệm độ bền then 53 Bảng 5.17 Tính gối đỡ trục 1 54 Bảng 5.18 Tính gối đỡ trục 2 55 Bảng 5.19 Tính gối đỡ trục 3 56 Bảng 5.20 Tính gối đỡ trục 4 57 Bảng 5.21 Tính gối đỡ trục 5 58 Bảng 6.1 Đặc tính máy tiện T616 61 Bảng 6.2 Đặc tính máy phay đứng 6H11 77 Bảng 6.3 Đặc tính của máy khoan 2H125 95 Bảng 6.4 Đặc tính của máy xọc 7A412 97 ix
12. DANH MỤC HÌNH ẢNH,BIỂU ĐỒ Hình 2.1 Cây dâu tằm 3 Hình 2.2 Máy cắt lá dâu có xuất sứ từ Trung Quốc 5 Hình 2.3 Máy cắt lá dâu có xuất sứ từ Ấn Độ 5 Hình 2.4 Máy cắt lá dâu đƣợc sản xuất tại Việt Nam (tỉnh Khánh Hòa) 6 Hình 3.1 Tác dụng cắt thái của lƣỡi dao 7 Hình 3.2 Hình lát cắt khi cắt thái có trƣợt 8 Hình 3.3 Cắt thái bằng cách chặt bổ không trƣợt 8 Hình 3.4 Lƣỡi dao 9 Hình 3.5 Sơ đồ lƣỡi cắt động và tĩnh 9 Hình 3.6 Hiện tƣợng trƣợt của dao 10 Hình 3.7 Quan hệ giữa độ ẩm và áp suất riêng 10 Hình 3.8 Cấu tạo vít tải 12 Hình 3.9 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của băng tải 14 Hình 3.10 Cấu tạo gàu tải 15 Hình 3.11 Bộ truyền đai 16 Hình 3.12 Bộ truyền đai dẹt, đai thang, đai tròn 16 Hình 3.13 Bộ truyền đai hình lƣợc, đai răng 17 Hình 3.14 Bộ truyền xích 18 Hình 3.15 Dây xích ống con lăn 18 Hình 3.16 Bộ truyền xích răng 19 Hình 3.17 Các bộ truyền bánh ma sát 20 Hình 3.18 Bộ biến tốc ma sát nón 20 Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy cắt lá dâu 22 Hình 5.1 Biểu đồ lực và momen trục 1 40 Hình 5.2 Biểu đồ lực và momen trục 2 43 Hình 5.3 Biểu đồ lực và momen trục 3 46 Hình 5.4 Biểu đồ lực và momen trục 4 49 Hình 5.5 Biểu đồ lực và momen trục 5 52 Hình 6.1 Hình vẽ chi tiết và các bề mặt cần gia công 60 Hình 6.2 Phƣơng án gia công 61 x
13. CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU 1.1. Tính cấp thiết Lá dâu tằm là loại thức ăn của loài dâu tằm cho đến khi chúng bén kén. Lá dâu tằm đƣợc trồng đồng bộ với việc nuôi tằm vì loài tằm không ăn thức ăn nào khác. Ngƣời nuôi tằm sẽ thu hoạch lá bằng tay kèm với phần thân non đem về thái ra tùy kích thƣớc trƣớc mới cho tằm ăn. Đã có nhiều loại máy trên thị trƣờng phục vụ cho việc cắt sợi lá dâu tằm nhƣng chƣa có sản phẩm nào đáp ứng đƣợc yêu cầu chính là điều chỉnh đƣợc cử cắt, dễ vận hành, giá thành rẻ. Từ nhu cầu thiết thực của những ngƣời nông dân trồng dâu nuôi tằm tại tỉnh Lâm Đồng, nhóm nghiên cứu tiến hành thực hiện đồ án tốt nghiệp: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY CẮT LÁ DÂU TẰM ĂN, NĂNG SUẤT 50 KG/GIỜ. 1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Đề tài này bám sát với thực tiễn, đáp ứng nhu cầu sử dụng của khách hàng. - Đảm bảo lá dâu không bị hƣ và sản phẩm cắt có kích thƣớc từ (310)mm. - Các chi tiết chính, điển hình của máy đƣợc tiêu chuẩn hóa. 1.3. Mục tiêu nghiên cứu Mục đích của đề tài này trƣớc tiên là để chế tạo thành công máy cắt lá dâu phục vụ nhu cầu của ngƣời nông dân tỉnh Lâm Đồng. Ngoài ra, nhóm thực hiện đề tài này còn mong muốn tích lũy thêm kinh nghiệm thông qua việc sử dụng những kiến thức đã học để thiết kế và chế tạo một sản phẩm thực tế có tính ứng dụng cao. 1.4. Đối tƣợng nghiên cứu Máy cắt lá dâu tằm ăn phục vụ cho ngành nuôi tơ tằm. 1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu - Khảo sát thực tế. - Tham vấn ý kiến chuyên gia. - Nghiên cứu tài liệu. - Tính toán, thiết kế. - Chế tạo máy cắt lá dâu tằm. - Đánh giá, viết báo cáo. 1
14. 1.6. Kết cấu đồ án tốt nghiệp - Chƣơng 1: Giới thiệu - Chƣơng 2: Tổng quan về đề tài - Chƣơng 3: Cơ sở lý thuyết - Chƣơng 4: Lựa chọn phƣơng án và phân tích - Chƣơng 5: Tính toán thiết kế phƣơng án đã chọn - Chƣơng 6: Quy trình công nghệ gia công một số chi tiết điển hình - Chƣơng 7: Thực nghiệm và đánh giá 2
15. CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.1. Giới thiệu 2.1.1. Nguồn gốc cây dâu tằm Cây dâu tằm với tên khoa học làMorus alba,thuộc họ Moraceae có nguồn gốc từ Trung Quốc và đƣợc trồng rộng rãi để lấy lá làm thực phẩm cho sâu tơ tằm. Hình 2.1 Cây dâu tằm (nguồn: dau-lung-bo-gan-cot/) Năm 1601, cây dâu tằm đƣợc du nhập sang Pháp và trồng trong vƣờn Tuileries với số lƣợng từ 15.000 - 20.000 gốc. Sau đó thì tiếp tục đƣợc phân tán khắp các vùng cận nhiệt đới và ôn đới trên thế giới. Cây dâu ƣa khí hậu mát và khoẻ nên mọc đƣợc ở nhiều vùng đất, mọc nhiều ở vùng nhiệt đới, còn vùng ôn đới thì mọc vào mùa hè. Cây dâu tằm tại Việt Nam gọi đơn giản là cây dâu, hay câydâu trắng có nguồn gốc ở khu vực phía Đông Châu Á.Tại Miền Bắc, dâu đƣợc trồng nhiều ở vùng bãi sông: sông Hồng, sông Đáy, sông Thái Bình. Tại Miền Nam, dâu đƣợc trồng nhiều ở tỉnh Lâm Đồng và đƣợc mọc hoang hoặc trồng rải rác ở ĐBSCL. 2.1.2. Tình hình sản xuất dâu tằm tơ tại Việt Nam Hiện nay (tại thời điểm điều tra: 12/2010) nƣớc ta có 31 tỉnh tham gia sản xuất dâu tằm với tổng diện tích dâu là 25.046ha, chiếm 0,21% diện tích đất nông nghiệp. Biến động diện tích dâu từ năm 1994 đến nay đƣợc thể hiện trên bảng 1. 3
16. Bảng 2.1 Diễn biến diện tích dâu Năm 1994 1996 2001 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Tổng DT 18.50 17.90 16.70 38.000 14.194 21.000 17.653 20.755 25.046 (ha) 0 0 0 (Nguồn : Tổng cục thống kê và kết quả điều tra) Năm 1994 là năm diện tích dâu đạt mức cao nhất trong lịch sử là 38.000ha. Sau đó là thời kỳ sản xuất dâu tằm tơ gặp rất nhiều khó khăn. Trong khoảng thời gian này có 2 cuộc khủng hoảng lớn xảy ra vào năm 1995 và năm 2002. Cuối năm 1994 đầu năm 1995, tơ không xuất khẩu đƣợc, giá thu mua kén giảm xuống rất thấp, diện tích dâu đã giảm rất mạnh từ 38.000ha xuống còn 14.194ha. Qua thời gian khủng hoảng, sản xuất lại phục hồi dần và đến năm 2002 giá thu mua kén lại giảm sút và một lần nữa sản xuất dâu tằm lại thu hẹp đáng kể. Tuy nhiên sang năm 2009 và 2010 trồng dâu nuôi tằm lại có chiều hƣớng khôi phục lại do giá kén cao và ổn định trong thời gian dài. Do vậy mà ngƣời dân lại tiếp tục trồng dâu, nuôi tằm . Ngày nay, diện tích dâu duy trì thƣờng xuyên ở mức trên dƣới 25.000ha. 2.2. Quy trình hoạt động của máy Bƣớc 1: - Lá dâuđƣợc cấp bằng tay lên băng tải. Bƣớc 2: - Điều chỉnh biến tốc vô cấp bằng tay sẽ điều chỉnh tốc độ băng tải, điều chỉnh kích thƣớc cắt lá dâu. - Tốc độ dao giữ nguyên. - Khởi động động cơ băng tải sẽ chuyển động mang lá dâu vào bộ phận cắt. - Sản phẩm cắt có chiều rộng từ 3mm đến 10mm tùy thuộc vào việc điều chỉnh biến tốc vô cấp lúc đầu. Chế biến sử dụng: lá sau khi cắt đƣợc đem trƣợc tiếp cho tằm ăn. 2.3. Ƣu điểm của đề tài - Sản phẩm từ nghiên cứu có tính ứng dụng cao. - có khả năng cho ra nhiều chế độ cắt. - Giá thành 4,000,000 vnđ rẻ hơn so với máy có trên thị trƣờng. - Sử dụng chi tiết đã tiêu chuẩn hóa có sẵn trên thị trƣờng. 4
17. - Dễ vận hành, sửa chữa, thay thế, vệ sinh. - Công suất máy lên đến 50kg/giờ. 2.4. Nhƣợc điểm của đề tài Vì sản phẩm đƣợc thiết kế và chế tạo trong thời gian ngắn, chƣa qua cải tiến chỉnh sửa nên sản phẩm chƣa đƣợc nhƣ mong muốn. 2.5. Các nghiên cứu liên quan đến đề tài 2.5.1. Ngoài nƣớc Trên thế giới đã có rất nhiều nƣớc chế tạo máy cắt lá dâu với năng suất cao, nhƣng không có máy nào có thể điều chỉnh đƣợc chiều rộng sản phẩm cắt. Hình 2.2 Máy cắt lá dâu có xuất sứ từ Trung Quốc (nguồn: youtube.com) Hình 2.3 Máy cắt lá dâu có xuất sứ từ Ấn Độ (nguồn: youtube.com) 5
18. 2.5.2. Trong nƣớc Ở Việt Nam cũng đã có máy cắt lá dâu từ năm 2012. Đến hiện tại đã có nhiều sản phẩm đƣợc sản xuất và đã bán sang Trung Quốc nhƣ máy thái lá dâu của công ty TNHH Hoàng Mai NMC có địa chỉ ở Vĩnh Điềm Thƣợng, Xã Vĩnh Hiệp, TP Nha Trang, Tỉnh Khánh Hòa (hình 2.3). Nhƣng cũng chƣa có thể điều chỉnh đƣợc chiều rộng sản phẩm cắt. Hình 2.4 Máy cắt lá dâu đƣợc sản xuất tại Việt Nam (tỉnh Khánh Hòa) (nguồn: youtube.com) 6
19. CHƢƠNG 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình cắt bằng lƣỡi dao. Các bộ phận của những máy cắt thái dùng trong chăn nuôi (rau, cỏ, rơm, củ, quả) thƣờng dựa theo nguyên lý cạnh sắc của lƣỡi dao. Quá trình cắt thái thƣờng đƣợc thực hiện bằng cách di chuyển cạnh góc nhị diện AB (cạnh sắc) hợp bởi hai mặt phẳng của lƣỡi dao theo hƣớng p vuông góc với cạnh đó (hình 3.1) hoặc bằng cách di chuyển cạnh sắc AB theo hai hƣớng vuông góc nhau: vừa theo hƣớng p (hƣớng cắt pháp tuyến) vừa theo hƣớng q vuông góc với p (hƣớng tiếp tuyến), nghĩa là hƣớng chéo tổng hợp r (hƣớng cắt nghiêng). Hình 3.1 Tác dụng cắt thái của lƣỡi dao Những thí nghiệm của Viện sĩ Gơriatskin V.P đã chứng minh rằng nếu cắt thái theo hƣớng nghiêng sẽ giảm đƣợc lực cần thiết và tăng chất lƣợng thái so với cắt thái theo hƣớng pháp tuyến. Trƣờng hợp cắt pháp tuyến là quá trình chặt bổ, cắt thái không trƣợt; trƣờng hợp cắt nghiêng là quá trình thái trƣợt. Ta có thể giải thích điều này bằng một số cơ sở vật lý của quá trình cắt thái bằng lƣỡi dao nhƣ sau: Lƣỡi dao dù sắc nhƣng khi soi qua kính hiển vi cũng thấy những răng lồi lõm nhƣ lƣỡi cƣa. Do đó, khi lƣỡi dao di chuyển có thêm hƣớng tiếp tuyến, nghĩa là có trƣợt thì lƣỡi dao đã phát huy đƣợc tác dụng cƣa đứt vật thái. Nếu lƣỡi dao chỉ cắt theo hƣớng pháp tuyến (chặt bổ), đó là quá trình cắt thái bằng nêm, lực cắt thái phải hoàn toàn khắc phục ứng suất nén để cắt đứt vật thể. Còn khi cắt có trƣợt thì một phần lực cắt sẽ chỉ khắc phục ứng suất kéo; và các vật liệu, nhất là các loại nhƣ lá dâu thì ứng suất kéo luôn luôn nhỏ hơn ứng suất nén đang cắt. Nhờ đó tổng hợp lực cắt sẽ nhỏ. Ngoài ra, khi cắt thái có trƣợt, lát cắt thái do đoạn δ của lƣỡi dao thái trƣợt theo 2 phƣơng p với diện tích F (cm ) sẽ rộng hơn bề rộng b , nhỏ hơn bề rộng b khi đoạn ΔS thái p r không trƣợt (theo phƣơng N) cùng với diện tích F đó (hình 3.2), vì: 퐹 𝐴. 𝐴푛 = = 푛 . = 푛 . cos  𝐴. 𝐴1 𝐴. 𝐴 do đó quá trình cắt thái dễ dàng hơn. 7
20. Hình 3.2 Hình lát cắt khi cắt thái có trƣợt Tuy nhiên, do lá dâu có tính đàn hồi tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lƣỡi dao vừa nén vừa trƣợt tƣơng đối với chỗ tiếp xúc với vật thái. Nếu vật cứng, rắn, không đàn hồi, thì cắt trƣợt bằng lƣỡi dao không hợp lý. a. Áp suất riêng q (N/cm) của cạnh sắc lƣỡi dao trên vật thái Đây là yếu tố chủ yếu trực tiếp đảm bảo quá trình cắt đứt và liên quan đến các yếu tố khác thuộc phạm vị dao thái và vật thái. Nếu gọi lực cắt thái cần thiết là Q (N) và độ dài đoạn lƣỡi dao là ΔS (cm) thì: q = Q/ S Khi cắt thái bằng cách chặt bổ không trƣợt (hình 3.3), q = 50 ÷ 120 N/cm đối với vật liệu rơm, rau, xơ, sợi. Lực cắt thái cần thiết sẽ là: 푄 = 푃푡 + 1 + 2 cos  Hình 3.3 Cắt thái bằng cách chặt bổ không trƣợt b. Các yếu tố chính thuộc về dao thái Độ sắc (mm) của cạnh lƣỡi dao: chính là chiều dày S của nó (hình 3.4). Thông thƣờng độ sắc cực tiểu đạt tới 20 ÷ 40μm. Đối với các máy thái rơm sợi, rau củ, S không vƣợt quá 100 μm , nếu S quá 100μm lƣỡi dao coi nhƣ bắt đầu cùn và thái kém. Rõ ràng độ sắc càng lớn thì áp suất riêng q càng tăng. 8
21. Hình 3.4 Lƣỡi dao Nếu gọi ứng suất cắt của vật thái σ thì: q = S. σ c c Góc cắt thái α là góc hợp bởi góc đặt dao β và góc mài σ. α = β + σ Góc đặt dao β phải tính toán thiết kế sao cho lớp sợi khi đƣợc dao thái xong và tiếp tục đƣợc cuốn vào, sẽ không chạm vào mặt dao, tránh ma sát vô ích (hình 3.5). Vấn đề tính toán góc đặt dao β sẽ phụ thuộc vào vận tốc quay của dao thái, vận tốc sợi cuốn vào, dạng cạnh sắc của lƣỡi dao. Hình 3.5 Sơ đồ lƣỡi cắt động và tĩnh Góc mài dao σ nói chung nhỏ, nhƣng vì độ bền của vật làm dao có hạn cho nên góc 0 0 mài của máy cắt thƣờng lớn hơn hay bằng 12 : đối với các máy thái rau cỏ rơm: σ = 12 ÷15 0 (riêng đối với tấm kê thái , σ = 25 ÷30 ). Vận tốc của dao thái v (m/giây): vận tốc dao thái ảnh hƣởng đến quá trình cắt thái, thể hiện cụ thể bằng những đồ thị thực nghiệm biểu diễn bằng những đồ thị thực nghiệm biểu diễn sự biến thiên của áp suất riêng q hoặc lực cắt thái P và công cắt thái A với vận t ct tốc của dao thái. Theo Reijnik, ta có thể tính theo công thức thực nghiệm: -0,0019 2,6 P = 75.10 . q.v + 40 t Vận tốc tối ƣu bằng 35 ÷40 m/s. c. Điều kiện trƣợt của lƣỡi dao trên vật thái Nhận thấy rằng, đƣờng trƣợt của lƣỡi dao trên vật thái càng dài thì lực cản cắt thái càng giảm. Hình 3.6 thể hiện hiện tƣợng trƣợt nói chung của lƣỡi dao trên lớp vật thái. Vận tốc v của lƣỡi dao lên vật thái tại điểm M có thể đƣợc phân thành hai thành phần: thành phần vận tốc pháp tuyến v (vuông góc với lƣỡi dao), là vận tốc của lƣỡi dao ngập sâu vào n vật thái. Vận tốc tiếp tuyến v gây nên chuyển động trƣợt dao so với vật thái. Góc trƣợt τ t 푣 đƣợc xác định qua tỉ số tan  = 푡 . 푣푛 Thực nghiệm của Gơriatskin [1] đã chứng minh lực cắt chỉ giảm nhiều ứng với một góc trƣợt nhất định của dao. Thí nghiệm cho thấy τ ≥ 30 lực cắt giảm nhiều. Phân tích sự tƣơng tác lực giữa dao và sợi thái nhận thấy chỉ khi góctrƣợt τ lớn hơn hoặc bằng góc ma sát cắt trƣợt ϕ’ giữa dao và vật thái thì mới xảy ra sự trƣợt, thực sự dao mới phát huy đƣợc khi nâng các sợi (bằng những lƣỡi răng cƣa rất nhỏ) và lực cắt thái mới giảm đƣợc nhiều, cắt thái mới dể dàng. 9
22. S K L 0 0 2 1 5 4