Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy băm thân ngô tươi làm thức ăn ủ men cho bò năng suất 35 tấn ngày

BỘ CÔNG THƯƠNG
TỔNG CÔNG TY MÁY ĐỘNG LỰC VÀ MÁY NÔNG NGHIỆP
VIỆN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY NÔNG NGHIỆP








BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2009




ĐỀ TÀI:

“Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy băm thân ngô tươi làm thức
ăn ủ men cho bò năng suất 35 Tấn/ngày”
Mã số: 172.09 RD-KHCN



Cơ quan chủ quản: BỘ CÔNG THƯƠNG
Cơ quan chủ trì : Viện NCTKCT máy nông nghiệp
Chủ nhiệm đề tài: Th.S Đoàn Văn Cao

7727
27/02/2010

Hà Nội 12/2009


BỘ CÔNG THƯƠNG
TỔNG CÔNG TY MÁY ĐỘNG LỰC VÀ MÁY NÔNG NGHIỆP
VIỆN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY NÔNG NGHIỆP









BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2009




ĐỀ TÀI:

“Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy băm thân ngô tươi làm thức
ăn ủ men cho bò năng suất 35 Tấn/ngày”
Mã số: 172.09 RD/HD-KHCN










Cơ quan chủ trì :
VIỆN NCTKCT máy
Nông Nghiệp



Chủ nhiệm đề tài:

Th.S Đoàn Văn Cao



Mục Lục

ĐẶT VẤN ĐỀ 4
CHƯƠNG I 5

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 5
I. TÌNH HÌNH SỬ DỤNG CÂY NGÔ NON LÀM THỨC ĂN CHO BÒ 5
II. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, SỬ DỤNG MÁY BĂM THÂN NGÔ 6
1. Tầm quan trọng của máy băm thân ngô trong sản xuất 6
2. Tình hình nghiên cứu sử dụng máy băm 7
CHƯƠNG II 17
THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY BĂM THÂN NGÔ 17
I. LỰA CHỌN NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CHO MÁY BĂM THÂN NGÔ 17
1. Cơ sở vật lý của quá trình cắt thái 18
2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cắt thái bằng lưỡi dao 20
3. Băng tải kẹp vật liệu 27
II. THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY BĂM THÂN NGÔ 28
1. Băng tải cấp liệu 28
2. Máy băm 29
CHƯƠNG III : KẾT QUẢ KHẢO NGHIỆM 34
I. Mục tiêu: 34
II. Nội dung khảo nghiệm: 34
III. Điều kiện khảo nghiệm 34
IV. Tiến hành khảo nghiệm 35
V. Kết quả khảo nghiệm: 35
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 36
KẾT LUẬN 36
ĐỀ
NGHỊ 36
PHỤ LỤC 37
TÀI LIỆU THAM KHẢO 39


ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngô là một loại ngũ cốc quan trọng trên thế giới, đứng thứ ba sau lúa

mì và lúa gạo. Sản lượng sản xuất ngô ở thế giới trung bình hàng năm từ
696,2 đến 723,3 triệu tấn (2005-2007). Ngô không chỉ được sử dụng làm
lương thực mà còn được sử dụng như một loại rau (ngô bao tử) rất an toàn
và có giá trị dinh dưỡng cao. Thân ngô sau thu hoạch thường được tận dụng
làm thức ăn rất tốt cho đạ
i gia súc.
Với sự phát triển mạnh của ngành chăn nuôi, đặc biệt là chăn nuôi bò
sữa. Thức ăn là yếu tố quan trọng, quyết định trực tiếp đến năng suất, chất
lượng chăn nuôi. Do đó thức ăn không chỉ được tận dụng từ phế liệu nông
nghiệp mà được chủ động gieo trồng, chủ yếu là các loại cỏ như cỏ đuôi voi,
cỏ
sả, cỏ Ruzi,…
Gần đây một số cơ sở đã trồng ngô non (chưa thu bắp) để làm thức ăn
cho bò sữa. Đây là công nghệ chế biến thức ăn mới có giá trị dinh dưỡng và
chất lượng cao. Nó bao gồm cả thức ăn thô (thân ngô) và thức ăn tinh (bắp
ngô non). Được các cơ sở chăn nuôi bò sữa rất ưa chuộng.
Để sử dụng hiệu quả loại th
ức ăn giàu dinh dưỡng này, cây ngô cần
được làm nhỏ đến mức yêu cầu, rồi đem ủ men. Đây là công việc tốn nhiều
công sức và cần phải đảm bảo độ đồng đều của đoạn thái để bò có thể tận
dụng hết loại thức ăn dinh dưỡng cao này. Do đó, việc nghiên cứu, thiết kế,
chế tạo máy băm thân ngô là hết sức cần thiết.
Nhằ
m đáp ứng cho các mô hình sản xuất thân ngô non phục vụ cho các
cơ sở chăn nuôi, cần hoàn thiện, cải tiến, thiết kế mới các thiết bị. Để tạo
ra thiết bị phù hợp với điều kiện của Việt Nam, cho chất lượng sản phẩm tốt,
giảm chi phí năng lượng, nhân công cắt thái, chúng tôi tiến hành thực hiện
đề tài:
“
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy băm thân ngô tươi làm

thức ăn ủ men cho bò năng suất 35 Tấn/ngày
”

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
I. TÌNH HÌNH SỬ DỤNG CÂY NGÔ NON LÀM THỨC ĂN CHO
BÒ
Trong vòng 12 năm qua, tổng sản lượng ngô Việt Nam tăng bốn lần,
năng suất bình quân tăng hai lần, diện tích trồng ngô tăng gần hai lần. Theo
thống kê, năm 1975 khi chưa dùng giống ngô lai, diện tích trồng ngô cả
nước gần 267 nghìn ha, tổng sản lượng 280 nghìn tấn. Năm 2007, chỉ tính
riêng 16 tỉnh trong vùng Tây Bắc như Sơn La, Lai Châu, Điện Biên trên
tổng diện tích hơn mộ
t triệu ha, đã thu hoạch tới hơn 3,7 triệu tấn ngô.
Phần lớn diện tích trồng ngô là để lấy hạt.
Những năm gần đây ngành chăn nuôi bò sữa ở nước ta phát triển rất
nhanh. Tổng đàn 18.700 con năm 1995 đã tăng tới 95.000 con năm 2005. Để
đáp ứng nhu cầu về thức ăn, ngoài trồng cỏ làm thức ăn thô, việc trồng ngô
sau đó thu cây ngô non (chưa thu bắp) là phương pháp m
ới với nhiều ưu
điểm. Đây là loại thức ăn có giá trị dinh dưỡng rất cao đối với bò sữa, bao
gồm cả thức ăn thô (thân, lá) và thức ăn tinh (hạt). Được các cơ sở nuôi bò
sữa đánh giá rất cao. Ngoài ra còn được dùng cho xuất khẩu.
Thân và lá cây ngô non sau khi trồng được 70-80 ngày (chưa thu bắp)
được cắt sát đất. Để giảm bớt hao hụt, thân ngô cắt về phải được đem ủ ngay,
Dùng máy băm thân cây thành từng đoạn nhỏ dài khoảng 2- 5 cm, rồi trộn
phụ gia có thể là 0,5% muối hoặc 5% rỉ mật đường (so với trọng lượng ngô ủ)
cho vào bao nilon hút hết không khí (có thể tận dụng máy vắt sữa) và nén
chặt, mỗi bao ủ khoảng 500kg.
Cây ngô ủ muối thường có màu xanh vàng, chua nồng, còn ủ bằng rỉ mật

đường có màu xanh vàng ngả nâu, chua nồng nhẹ có kèm theo mùi ngọt của rỉ
đường. Ngoài ra có thể ủ với acid formic (h
ạn chế được nấm mốc) ngô ủ có
màu sắc xanh vàng, chua nồng nhẹ, rất ngon miệng đối với bò.

Thân ngô non không những là nguồn thức ăn giàu dinh dưỡng cho chăn
nuôi bò sữa mà còn đem lại lợi ích kinh tế cao hơn hẳn cho người trồng.
Thông thường 1ha ngô hạt, sau 100 ngày mới cho thu hoạch với sản lượng từ
8 đến 10 tấn, trị giá khoảng 25 đến 30 triệu đồng. Nhưng nếu trồng ngô non,
chỉ sau 70-80 ngày đã cho thu hoạch, đỡ tốn công chăm sóc, bảo vệ mà lại có
nguồn thu cao hơn. Mỗi ha cho trung bình 40-50 tấn chất xanh s
ẽ cho thu 30-
35 triệu đồng. Một cái lợi nữa của việc trồng ngô non làm nguyên liệu là các
hộ nghèo có thể tận dụng đất đai từ bờ sông, bờ suối, những nơi không trồng
ngô lấy hạt trong vụ đông xuân được để trồng ngô non. Những hộ gia đình có
lao động, điều kiện thuận lợi có thể gieo trồng 3-4 vụ sẽ có nguồn thu lớn
hơn, đưa lại giá tr
ị kinh tế cao trên một đơn vị diện tích canh tác.

II. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, SỬ DỤNG MÁY BĂM THÂN
NGÔ
1. Tầm quan trọng của máy băm thân ngô trong sản xuất
Trong những năm gần đây, Đảng và Nhà nước ta ưu tiên phát triển chăn
nuôi thành ngành sản xuất chính, trong đó đặc biệt chú trong phát triển chăn
nuôi bò sữa. Trong chăn nuôi bò, thức ăn là một khâu quan trọng, quyết định
trên 50% hiệu quả chăn nuôi. Việc sử
dụng những nguồn nguyên liệu phục
vụ cho chế biến thức ăn chăn nuôi rất đa dạng đã tạo ra nhiều loại thức ăn
riêng cho bò như: thức ăn thô, thức ăn tinh, thức ăn bổ sung, vi lượng, …Với
các loại thức ăn này việc chế biến và phương thức cho ăn chính vẫn cho ăn

riêng theo từng loại.
Việc sử dụng, sản xuấ
t nguồn thức ăn cũng làm tăng hiệu quả cho việc
chăn nuôi bò sữa. Chỉ tính riêng chi phí về thức ăn cũng chiếm khoảng 60-
70% giá thành SX sữa hiện nay. Người nông dân vẫn quen cho bò ăn quá
nhiều thức ăn tinh trong khi đó bò chủ yếu cần thức ăn thô (cỏ và các phụ
phế phẩm nông nghiệp khác).

Theo tính toán của PGS.TS. Lê Đăng Đảnh (Trường Đại học Nông
lâm TP.HCM), nếu người chăn nuôi không cho bò ăn đủ thức ăn thô có
giá trị đạm cần thiết thì bù vào đó phải cho bò ăn từ 0,4 - 0,5 kg thức ăn
tinh cho mỗi kg sữa sản xuất. Từ đây làm cho bò dễ xáo trộn về tiêu hoá
và gây ra hiện tượng huyết toan (acidosis) dẫn đến bò bị đau móng, khó
thụ thai… Đây cũng là nguyên nhân làm cho mỗi chu kỳ một con bò sẽ
mấ
t khoảng 250- 500 kg sữa.
Để sử dụng thân ngô non (chưa thu bắp) làm thức ăn cho bò, thân ngô
cần được băm thái nhỏ từ 3 đến 5 cm đây là khâu tốn nhiều công sức nhất.
Phương pháp băm thái thủ công không thể cung cấp đủ lượng thức ăn cần
thiết, đáp ứng được nhu cầu sản xuất, và khó đạt được chất lượng cao theo
đúng nhu cầu kĩ thuật. Vì vậy trước hết c
ần quan tâm nghiên cứu máy băm
thái.
Quá trình băm thái chia nhỏ kích thước thân ngô, tạo điều kiện thuận lợi
cho quá trình tiêu hoá của đàn bò. Giúp bò tận dụng hết lượng thức ăn.
Hiện trong nước đã áp dụng nhiều loại máy thái thức ăn thô, nhưng
năng suất máy và chất lượng sản phẩm chưa cao.
2. Tình hình nghiên cứu sử dụng máy băm
Đối với nhiều nước trên thế giới, đặ
c biệt là những nước công nghiệp

phát triển như Tây Âu, Bắc Mỹ, Châu Úc hay các nước có nền sản xuất chăn
nuôi hiện đại như Israel từ lâu người ta đã ứng dụng các kiểu máy băm rơm -
cỏ khô phục vụ chăn nuôi sử dụng một trong những dạng sau:
+ Dạng trống
+ Dạng đĩa
+ Dạng lô
+ Dạng thùng quay kết hợp đĩa cắt lắp lệch
- Kiểu máy b
ăm dạng trống (hình 1.1): những máy băm dạng này thì

trống băm được lắp các dao cong , dao thẳng. Bộ phận làm việc chính (trống
băm) có tốc độ từ 350 - 800 vòng/phút.
Với những máy băm lắp dao thẳng gia công chế tạo đơn giản, chi phí
thấp, chi phí năng lượng cao, gây xung động lớn, để khắc phục một phần
người ta thiết kế các tấm bắt dao nghiêng.
Với máy băm lắp dao cong thì chế tạo phức tạp, chi phí cao nhưng giảm
được chi phí v
ề năng lương khi băm dễ dàng hơn do đảm bảo góc cắt trượt
trên toàn bộ bề mặt lưỡi dao với lớp vật liệu .
Nhược điểm của loại này lớp vật liệu có độ chặt không đồng đều nên khi
cắt có hiện tượng rơm bị kéo vào dẫn đến độ dài sản phẩm sau thái không
đều.

Hình 1.1 Máy băm rơm - c
ỏ khô dạng trống

Để khắc phục người ta sử dụng các lô cuốn có nhiệm vụ cung cấp và ép
rơm thành lớp nguyên liệu mỏng theo yêu cầu trước khi đưa vào băm.
Những máy này có ưu điểm do rơm đã được ép mỏng có độ chặt tương đối
đồng đều nên việc băm được dễ dàng, sản phẩm có độ dài tương đối đồng
đều nhưng chi phí năng lượng cao, bộ phận cấp li
ệu được chế tạo phức tạp
gồm cụm lô nén và ép rơm vào họng thái, băng tải xích đưa tải rơm đến cụm
lô nén, ép.
Với các máy năng suất lớn người ta lắp thêm cơ cấu cấp liệu tự động có
khả năng điều chỉnh lượng nguyên liệu cấp trong quá trình máy vận hành, cơ
cấu điều chỉnh khe hở giữa dao và tấm kê bằng hệ th
ống thuỷ lực kết hợp
cảm biến để luôn đảm bảo cho khe hở trong quá trình làm việc. Ngoài ra để
tăng khả năng vung xa của sản phẩm theo yêu cầu cụ thể máy được thiết kế
có bộ phận quạt thổi để vận chuyển sản phẩm.
Ưu điểm chính của loại này là chi phí năng lượng thấp, chế tạo các máy
năng suất lớn với kế
t cấu nhỏ gọn, bộ phận truyền và dẫn động không quá
phức tạp. Tuy nhiên để gia công các dao băm đòi hỏi công nghệ và chi phí
cao, khả năng vung xa kém đối với các máy năng suất nhỏ.

Hình 1.2 Máy băm rơm - cỏ khô dạng đĩa (Renn-Canada)


- Kiểu máy băm rơm dạng đĩa (hình 1.2;1.3) sử dụng đĩa dao băm trên đó
bố trí từ 2 đến 4 dao dạng cong hình lưỡi liềm hoặc dao thẳng được lắp đối
xứng nhau hay dao cách dao một góc đều nhau thuận lợi cho khả năng thay
đổi số dao làm việc (cách lắp đối xứng). Với các máy băm dạng đĩa thì đĩa
dao vừa có tác dụng là tấm liên kết bắt dao vừa làm bánh đà (máy nă
ng suất
nhỏ).










Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý máy băm dạng đĩa
- Kiểu máy băm dạng lô (hình 1.4; 1.5): Máy sử dụng bộ phận làm việc

chính là lô trụ trên đó được lắp nhiều đĩa dao (trên đĩa lắp từ 4 - 8 dao),
nguyên liệu dạng cuộn tròn (kiện tròn) và đóng bánh (kiện vuông) được nạp
vào thùng chứa được quay tròn nhờ cơ cấu bánh răng. Khi thùng chứa quay
làm khối rơm quay theo nhờ trọ
ng lượng của khối rơm đè lên lô dao lắp phía
dưới qua nguồn động lực (động cơ) với máy năng suất nhỏ hoặc máy kéo
(máy năng suất lớn) làm lô gắn các dao quay với tốc độ 540 – 700 vòng/phút
rơm được cắt nhỏ.











Hình 1.4 Máy băm rơm - cỏ khô dạng lô (băm rơm kiện tròn)








Hình 1.5 Máy băm rơm - cỏ khô dạng lô (băm rơm kiện vuông)
Sản phẩm băm thái sau khi qua lô băm đưa ra ngoài nhờ quạt thổi và

ống thoát sản phẩm.
Thường với những trang trại với quy mô nhỏ, người ta sử dụng chủ yếu
những loại máy băm dạng ki
ện vuông có kích thước kiện nhỏ, năng suất thấp
nhưng khả năng di động cao. Máy được lắp trên xe chứa rơm, nguồn động
lực sử dụng động cơ xăng cỡ nhỏ.

Với các loại máy này chế tạo đòi hỏi công nghệ cao, để thay đổi độ dài
sản phẩm người ta điều chỉnh khe hở giữa các đĩa dao hay lắp thêm dao trên
một đĩa.
Nhược điểm: Chế tạo phức tạp công nghệ cao, giá thành máy cao, thích
hợp để băm rơm dạng kiện không phù hợp băm rơm rối và chưa được ép. Để
truyền động cho các bộ phận làm vi
ệc phức tạp.
- Kiểu máy thùng quay kết hợp với đĩa cắt lệch tâm (hình 1.6): Bộ phận
làm việc chính của máy là thùng chuyển động quay nhờ chuyền động bánh
răng trên thân thùng hàn các thanh hình răng cưa có tác dụng giữ cho khối
nguyên liệu quay cùng thùng. Đĩa lắp dao được đặt lệch tâm thùng trên đĩa
đỡ nguyên liệu, trên đĩa các dao nghiêng so với mặt đĩa một góc có xu
hướng vừa cắt nhỏ lớp nguyên liệu và hướng sản ph
ẩm băm ra phía quạt hút.







Hình 1.6 Máy băm rơm - cỏ khô dạng thùng quay kết hợp đĩa lệch tâm
Khi máy làm việc, thùng quay với tốc độ 50 - 100 vòng/phút làm khối

rơm quay theo, nhờ trọng lượng khối rơm và đĩa cắt lắp lệnh quay (350 –
700 vòng/phút) rơm được cắt nhỏ theo quạt hút đưa sản phẩm ra ngoài.
Các máy dạng này chỉ phù hợp cho việc cắt rơm kiện dạng tròn đã được
cuộ
n ép có độ chặt cao, khi dùng cắt rơm rối chưa ép phải có thêm cơ cấu
nén ép rơm dẫn tới kết cấu máy phức tạp chi phí chế tạo cao.

- Liên hợp máy:
Các liên hợp máy thu hoạch rơm - cỏ khô sử dụng nguyên lý băm cắt
dạng trống, dao cong có bộ phận cuốn và nén ép đưa vào bộ phận băm. Rơm
- cỏ khô sau khi băm nhỏ được đưa vào các xe chứa. Vì tính chất liên hoàn
và làm việc với tốc độ cao nên các bộ phận làm việc được gia công có độ
chính xác rất cao (hình 1.7).
Ưu điểm: phù hợp với các nước có nền nông nghiệp phát triển và cơ
giới hoá cao sử dụng cho những nông trại có quy mô lớn, tính đồng bộ cao.
Nhược điểm: Máy có cấu tạo phức tạp, cồng kềnh , chế tạo phức tạp giá
thành rất cao.

Hình 1.7 Máy băm rơm - cỏ khô dạng liên hoàn

Việc đưa công nghệ cao vào chế biến thân ngô phục vụ chăn nuôi bò
sữa và các ứng dụng khác là hữu ích, nhưng cần có sự phát triển đồng bộ về
công nghệ và thiết bị phục vụ mới đạt được hiệu quả cao.
Các máy sử dụng trong chế biến thức ăn cho gia súc hiện nay chủ yếu là
máy thái các loại thức ăn thô xanh (nguyên liệu ở dạng tươi) như:
Máy thái cỏ (CT1, CT2, CT5) do Vi
ện Cơ điện Nông nghiệp thiết kế
chế tạo (dạng đĩa): (hình 1.8a;1.8b) chủ yếu là thái cỏ voi cho bò, làm thức
ăn ủ chua năng suất từ 1- 5 tấn/giờ và một số các máy thái cỏ cỡ nhỏ. Máy
làm việc trên nguyên lý dạng đĩa lắp từ 2 - 4 dao dạng thẳng có lắp bánh đà
hoặc lấy trọng lượng của đĩa làm bánh đà.















Hình 1.8a Máy thái cỏ CT 5
Hình 1.8b Máy thái cỏ CT 1

Máy thái cỏ của Công ty Cơ khí Nam Hồng (dạng trống có lô nén):
máy có bộ phận chính là trống tròn trên lắp 4 - 6 dao thẳng làm việc nguyên
lý chặt bổ nên gây ra xung động lớn nên độ bền của các chi tiết cần được
tính toán kỹ, chi phí năng lượng cao điều đó cũng một phần nâng giá thành
sản phẩm cao hơn so với loại khác cùng năng suất (hình 1.9a)
















Hình 1.9b Máy thái cỏ d
ạng trống
Máy thái cỏ dạng trống (dao thẳng) Công ty Cơ khí Nam Hà chế tạo
(hình 1.9b). Máy có năng suất 400 kg/giờ, với loại máy này chủ yếu thái cỏ
Hình 1.9a Máy thái cỏ dạng trống

tươi do kết cấu dao thẳng lắp song song với trục máy nên khi làm việc gây ra

xung động rất lớn điều đó ảnh hưởng tới độ bền của các chi tiết, kết cấu máy
và chi phí năng lượng lớn hơn so với các máy cùng năng suất.
Viện máy Nông nghiệp đã chế tạo máy thái thân ngô tươi theo nguyên
lý dạng đĩa (hình 1.10). Máy được thiết kế di động, sử dụng đầu máy nổ và
c
ấp liệu bằng tay. Máy có ưu điểm cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ, dễ chế tạo.
Tuy nhiên do phải cấp liệu bằng tay nên kích thước đoạn thái không đồng
đều, làm giảm chất lượng sản phẩm. Năng suất của máy thấp do họng thái
nhỏ.








Hình 1.10 Máy băm thân ngô dạng dĩa


CHƯƠNG II
THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY BĂM THÂN NGÔ


I. LỰA CHỌN NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CHO MÁY BĂM THÂN
NGÔ
Từ những phân tích tổng quan tình hình sử dụng thân ngô và máy băm
trong và ngoài nước, đề tài nhận thấy việc ứng dụng các mẫu máy nước
ngoài vào Việt Nam là khó có thể thực hiện được vì giá thành máy quá cao,
đòi hỏi phải có đầu tư lớn, sản xuất theo quy mô công nghiệp, vẫn chưa phù

hợp với điều kiện sản xuất trong nước. Các mẫu máy trong nước vẫn chủ

yếu để phục vụ còn nhiều điểm thiết kế chưa hợp lý, chi phí năng lượng cao.
Một máy băm thân ngô đưa vào sản xuất trong nước cần thoả mãn yêu
cầu là phù hợp với mô hình và điều kiện sản xuất trong nước. Ngoài ra, nó
cũng phải đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật của việc thái thân ngô như sau:
- Cần phải có bộ phận cấp ép thân ngô có khả nă
ng truyền động dễ dàng
và tự lựa được chiều cao của lớp vật liệu.
- Việc bố trí dao phải tạo điều kiện căn chỉnh dễ dàng.
- Góc đặt dao phải khác 0 để dao chỉ bị mòn ở đầu lưỡi nhằm tạo điều
kiện thuận lợi cho việc mài dao khi bị mòn.
- Phải bố trí dao tạo việc cắt thân ngô có trượt ngoài việc giảm chi phí
năng l
ượng còn phân bố đều tải khi làm việc (để máy làm việc êm).
- Truyền động cho các bộ phận làm việc chính cũng được quan tâm.
- Sản phẩm thu được không những có kích thước đồng đều mà phải có
độ dập.


1. C ơ sở vật lý của quá trình cắt thái
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 2.1.a) hoặc b
ằng 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 2.1.b) nghĩa là
theo hướng chéo tổng hợp R - hướng cắt nghiêng.

Viện sĩ V.P.Gơriatkin đã chứng minh rằng quá trình cắt thí nghiệm có
trượt làm giảm lực cắt và tăng chất lượng thái và
được mô tả bằng phương
trình có dạng:
S = Ae
-P
hoặc R
3
S = C
te
(2.1)
Trong đó : A - là hằng số;
S - độ dịch chuyển (mm);
R - lực cắt thái (N).


P
Dao
Β
Α
R

Dao
τ
Q
P
Α
Β
Hình 2.1 Tác dụng cắt thái của lưỡi dao
a. Cắt theo phương pháp tuyến; b. Cắt theo phương tiếp tuyến

V.P.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







Hình 2.2 Đồ thị phụ thuộc lực cắt thái R vào độ dịch chuyển S
hợp cắt nghiêng (theo thí nghiệm S ≠ 0) là quá trình cắt thái có trượt (máy
thái kiểu đĩa dao hoặc trống dao cong). Rõ ràng là khi cắt thái có trượt, lực
cần thiết để cắt thái giảm so với khi cắt thái không tr
ượt.
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 c
ưa 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, đ
àn hồi như rau củ thì ứng suất kéo
luôn luôn nhỏ hơn ứng suất nén đáng kể. Nhờ đó lực cắt thái sẽ giảm đi,
nên quá trình cắt thái thuận lợi hơn.

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.
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 cắ
t thái, cần xét đến số yếu tố thuộc phạm vi dao thái và vật thái
ảnh hưởng đến quá trình cắt thái.
a, Áp suất riêng q (N/cm) của cạnh sắc lưỡi dao trên vật thái
Áp suất riêng q (N/cm) của cạnh sắc lưỡi dao trên vật thái 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 P
ct
(N)
và độ dài đoạn lưỡi dao là ∆S (cm) thì:
q =
S
P
ct
∆
, ( N/cm ) (2.2)
Viện sĩ V.P.Gơriatkin đã làm thí nghiệm và đưa ra kết quả khi cắt thái

không có trượt (chặt bổ τ = 0) đối với thân ngô là q
0
= 40 - 80 (N/cm). Còn
khi cắt có trượt thì q thay đổi phụ thuộc vào góc trượt τ.
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, sau đó mới cắt đứt vật
thái.
Nếu gọi
t
P là lực cản cắt thái thì:
P
ct
=
t
P + T
1
+ T
2
cos σ (2.3)
σ- góc mài dao của lưỡi dao.





b, Các yếu tố ảnh hưởng chính của dao thái
- Cạnh sắc của lưỡi dao
Chính là chiều dày s (mm) của nó (hình 2.3). Thông thường chiều dày
nhỏ nhất của cạnh sắc lưỡi dao đạt tới 20÷40
µ

m. Đối với các máy thái trong
chăn nuôi, s không vượt quá 100 µm, nếu s quá 100 µm lưỡi dao thì lưỡi dao
xem như bắt đầu cùn và thái kém.


s


Rõ ràng là độ dày cạnh sắc s càng lớn thì áp suất cắt thái q càng tăng.
Nếu gọi ứng suất cắt của vật thái là σ
c
thì:
q = s.σ
c
(2.4)







- Góc cắt thái
α

Trên (hình 2.4) là góc hợp bởi góc đặt dao β và góc mài σ:
α = β + σ
Hình 2.4 Góc cắt thái
Hình 2.3 Cạnh sắc lưỡi dao

Góc đặt dao β tính toán sao cho lớp nguyên liệu khi được dao thái xong
phải tiếp tục được tiến vào sẽ không chạm vào mặt dao, tránh ma sát vô ích.
Vấn đề tính toán góc đặt dao β sẽ phụ thuộc vào vận tốc quay của dao thái,
vận tốc vật thái vào, dạng cạnh sắc của lưỡi dao, v.v…
Góc mài dao σ đã được Reznik N.E nghiên cứu và đề xuất (1975)
Công thức thể hiện đến lực cắt thái:
P
th
= P
t
+ c.tgσ (N) (2.5)
c - hệ số có thứ nguyên, (N/cm);
P
th
- lực cắt thái tới hạn cần thiết, (N);
P
t
- lực cản cắt thái, (N).
Góc mài dao σ càng nhỏ càng tốt, nhưng vì độ bền vật liệu làm dao có
hạn, nên góc mài của máy thái rau, cỏ thường lớn σ ≥ 12
0
.
- 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 2.5).

Hình 2.5 Đồ thị phụ thuộc của lực cắt với độ thái sâu
λ


- 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
t
P và công cắt thái
ct
A ) với vận tốc của dao thái (hình 2.6).


Theo Reznik, ta có thể tính theo công thức thực nghiệm:
P
t
= 75.10
-0,0019
. q . v
2,6
+ 40 (N) (2.6)
Và vận tốc tối ưu khi cắt thái thân ngô không tấm kê là v = 35÷40 m/s,

còn khi cắt thái có tấm kê v = 20÷30 m/s.
c, Điều kiện trượt của lưỡi dao trên vật thái
Khi đường trượt của lưỡi dao trên vật thái hay của vật thái trên lưỡi dao
càng dài thì lực cản cắt càng giảm. Để thể hiện hiện tượng trượt nói chung
của lưỡi dao trên lớp vật thái, vẽ và phân tích vận tốc v của một điểm M ở
trên cạnh sắ
c lưỡi dao cong AB khi tác động vào lớp vật thái (hình 2.7)





Hình 2.6 Đồ thị phụ thuộc của áp suất cắt thái riêng và vận tốc dao thái

Hình 2.7 V
ậntốccủa điểmMtr
ên c
ạnh sắcl
ư
ỡi dao

Vận tốc v có thể phân tích làm 2 thành phần: thành phần vận tốc pháp
tuyến v
n
(vuông góc với lưỡi dao) và thành phần vận tốc tiếp tuyến v
t
(theo
cạnh sắc lưỡi dao). Vận tốc pháp tuyến v
n
chính là vận tốc của dao thái gập

sâu vào vật thái gây nên quá trình cắt thái. Vận tốc tiếp tuyến v
t
gây nên
chuyển động trượt tương đối của lưỡi dao trên vật thái.
Theo định nghĩa của Gơriatskin, góc hợp bởi vận tốc v với thành phần
pháp tuyến v
n
gọi là góc trượt τ, tỷ số giữa trị số vận tốc tiếp tuyến v
t
và vận
tốc pháp tuyến v
n
gọi là hệ số trượt ε:
ε =
τ
tg
v
v
n
t
=
(2.7)
Thực nghiệm cho thấy lực cắt thái sẽ giảm nhiều với góc trượt τ ≥ 30
0
.
Hiện tượng cắt thái của dao đối với vật thái sẽ có một điều kiện chung để
phát huy tác dụng cắt trượt, giảm lực cắt thái được nhiều hơn.
Xét các lực tác động giữa lưỡi dao với vật thái (hình 2.8)

a, b, c,
Hình 2.8 Phân tích các lực tác động giữa lưỡi dao và vật thái
a) Lực do vật thái tác động vào dao; b) Lực do dao tác động vào vật thái
với góc
τ

≥

ϕ
’; c) Lực do dao tác động vào vật thái với góc
τ
>
ϕ
’.

Trường hợp chúng ta cần nghiên cứu là góc trượt τ ≠ 0. Để đơn giản ta
xét một lưỡi dao thẳng AB quay quanh một tâm quay O và cách tâm quay
một đoạn r. Để phân tích, tách riêng và xét các lực do vật thái tác động vào
dao thái (hình 3.8a) và các lực do dao tác động vào vật thái (hình 3.8 b,c)
Trên hình vẽ góc trượt τ càng lớn thì lực T (hay T’) càng tăng, đồng
thời lực ma sát F (hay F’) vẫn có khả năng tăng theo, bằng T, khiến cho
điểm M
r
của vật thái không thể trượt theo lưỡi dao. Nghĩa là, mặc dù cắt thái

với góc trượt τ ≠ 0, nhưng hai điểm M
r
của vật thái và M
d
của dao vẫn không
tách rời nhau. Ngược lại, trong quá trình thái, điểm M
d
của dao vẫn cứ bám
chặt lấy điểm M
r
của vật thái mà nén xuống với lực tác động P cho đến khi
cắt đứt (tuy lúc này ở M
r
của vật thái có ba lực tác động P, T và F, nhưng F
= T và hợp lực của chúng là lực P).
Khi T tăng thì F sẽ tăng theo và chỉ đạt tới trị số lực ma sát cực đại F
max

(theo khái niệm về lực ma sát và góc ma sát).
Trị số F
max
= Ntgϕ’ = N.f’,
Trong đó ϕ’ là góc ma sát giữa lưỡi dao và vật thái,
f’ = tgϕ’ là hệ số ma sát.
Trong trường hợp ma sát giữa lưỡi dao và vật thái (coi như ma sát
giữa đường thẳng và bề mặt) thì trị số của góc ma sát ϕ’ (hay f’) không cố
định như các trường ma sát thông thường giữa bề mặt với bề mặt mà có
thay đổi trị số ít nhiều. Vì vậy, để phân biệt hiện tượng ma sát của lưỡi
dao với v
ật thái, Gơriatkin đề nghị gọi góc ϕ’ là góc cắt trượt, và hệ số f’

= tgϕ’ là hệ số cắt trượt.
Vậy khi T và F tăng trong giới hạn T = F ≤ F
max
nghĩa là T = F = N.tgτ
hay τ≤ϕ’ thì quá trình cắt thái chưa có hiện tượng “trượt tương đối” giữa các
điểm của lưỡi dao tiếp xúc với vật thái vì bị ma sát chống lại.