Báo cáo nông nghiệp: " MộT Số KếT QUả NGHIÊN CứU Về BàI TOáN TìM QUĩ ĐạO ĐầU MúT TAY TRONG CƠ CấU VƠ - NéN CủA MáY NéN RƠM TĩNH TạI" pptx

Tp chớ Khoa hc v Phỏt trin 2010: Tp 8, s 1: 140 - 148 TRNG I HC NễNG NGHIP H NI
140

MộT Số KếT QUả NGHIÊN CứU Về BI TOáN TìM QUĩ ĐạO ĐầU MúT TAY
TRONG CƠ CấU VƠ - NéN CủA MáY NéN RƠM TĩNH TạI

Some Researching Results about Orbital Motion of Gathering and
Compressing Mechanism of Straw and Hey Compressing Machine

Nguyn Xuõn Thit, Lờ Minh L v Lng Vn Vt
Khoa C - in, Trng i hc Nụng nghip H Ni
a ch email tỏc gi liờn lc:
TểM TT
Mỏy nộn bú rm v c khụ tnh ti m bi bỏo cp l loi mỏy thc hin nhim v nộn v bú
rm v c khụ thnh tng bú, trong ú quỏ trỡnh cp liu, nộn v bú c thc hin liờn tc, nhp
nhng. Vi iu kin thu hoch Vit Nam, loi mỏy ny cú tớnh ng dng cao. C cu v - nộn l c
cu lm vic quan trng ca mỏy. Bi toỏn ng hc c cu v - nộn c t ra nhm xỏc
nh mi
quan h kớch thc gia cỏc khõu trong c cu thụng qua bi toỏn ti u qu o ca u mỳt tay v
nhm ti u húa kh nng cp liu ca mỏy. Kt qu a ra l c s thit k mỏy sau ny.
T khúa: C cu v - nộn trong mỏy nộn rm, mỏy nộn rm, mỏy nộn c khụ.
SUMMARY
Straw and hey compressing machine discussed in this article is a machine to perform the tasks
compressing straw and hey into bundles, in which process of compress and bundle is ongoing. Under
the harvesting conditions in Vietnam, this machine has high applicability. Gathering and compressing
mechanism is an important working-mechanism of the machine. The kinetics problem of gathering
and compressing mechanism is set out to determine the relationship between the sizes of parts in the
mechanism through optimal problem of orbit of endpoint of the gathering hand. The results serve as
basis data to design machine.
Key words: Bundling machine, gathering and compressing mechanism, straw and hey
compressing machine.

1. đặt vấn đề
Hiện nay, mỗi năm Việt Nam sản xuất
hng chục triệu tấn lúa, từ đó cho ra một số
lợng rơm rạ khổng lồ, phần lớn trong số đó
vẫn đợc coi l phế phẩm nông nghiệp v bị
đốt bỏ. Hậu quả kéo theo l lãng phí v gây ô
nhiễm môi trờng nghiêm trọng. Một trong
các hớng giải quyết cho vấn đề ny l nén
bó rơm rạ khô thnh các khối kiện nhỏ (ví dụ
nén thnh khối di x rộng x cao: 700 x 500 x
400 mm) để thuận tiện cho việc bảo quản
lm thức ăn cho gia súc hoặc trồng nấm. Bên
cạnh đó, để phục vụ cho phát triển ngnh
chăn nuôi trâu bò, cỏ tại các vùng nguyên
liệu cỏ sau khi phơi đủ khô cần thiết phải
đợc bó thnh các bó để tiện cho việc cất trữ
v bảo quản. Trớc thực tế đó, cũng đã xuất
hiện nhiều cơ sở cung cấp máy nén bó rơm,
cỏ khô có nguồn gốc từ Trung Quốc hoặc
Nhật Bản. Tuy nhiên, đa phần l các máy
lu động mang nhợc điểm lớn l cồng kềnh,
giá thnh cao v bất tiện cho việc sửa chữa
thay thế khi h hỏng, khó áp dụng trong
nhiều khu vực ở Việt Nam. Cũng đã có một
vi cơ sở nghiên cứu chế tạo máy ép rơm, cỏ
khô tĩnh tại nhng đặc điểm của các loại
máy ny l lm việc gián đoạn, tính cơ giới
cha cao, còn nhiều công đoạn thủ công nh
của Nh máy Z755 (2008), của Khoa Cơ Điện
Trờng Đại học Nông nghiệp H

Nội (2007).
Mt s kt qu nghiờn cu v bi toỏn tỡm qu o u mỳt tay trong c cu v - nộn
141
Máy nén rơm, cỏ khô với quá trình nén
v quá trình bó liên tục (Hình 1) l loại máy
có u điểm vợt trội về năng suất v đang
đợc nghiên cứu chế tạo tại Khoa Cơ - Điện
Trờng Đại học Nông nghiệp H Nội. Nghiên
cứu động học cơ cấu vơ - nén l bi toán quan
trọng nhằm xác định kích thớc các khâu
trong cơ cấu phục vụ cho việc thiết kế máy,
đồng thời qua đó cung cấp một bi toán cơ
học thú vị trong động lực học máy.
Yêu cầu đặt ra cho việc tính toán l thay
đổi v tìm chiều di các khâu trong cơ cấu vơ
- nén sao cho tay vơ thực hiện nhiệm vụ vơ
tốt nhất (Hình 2). Có nghĩa l tại hnh trình
lm việc (BmA) tay vơ quét đợc một diện
tích trên mặt phẳng giá cấp liệu (diện tích vơ
- diện tích hình gạch chéo) lớn nhất, đồng
thời tại hnh trình trở về (AnB) tay vơ rút về
thuận tiện, tránh gây ra hiện tợng hất rơm
trở lại (tối u nhất l khi đầu mút tay vơ vẽ
ra một quĩ đạo l đờng thẳng nằm dới mặt
phẳng cấp liệu).
2. VậT LIệU V PHƯƠNG PHáP

NGHIÊN CứU
2.1. Phân tích cơ cấu
Cơ cấu vơ - nén l một cơ cấu 8 khâu

liên kết khớp bản lề với khâu OA (Hình 2) l
khâu chủ động quay đều với vận tốc góc
không đổi. Piston nén liên kết cứng với đầu
mút C của thanh O
1
C, tay vơ DF liên kết
cứng với khâu DE. Yêu cầu lm việc đối với
cơ cấu l piston nén v tay vơ DF lm việc
nhịp nhng, khi piston trong quá trình nén
(piston lm việc) thì tay vơ trong quá trình
trả về v khi piston trong quá trình trả về
thì tay vơ lm việc (vơ v đa nguyên liệu
vo khoang nén). Đối với bi toán động học
cơ cấu ny, ta áp dụng phơng pháp giải
bằng cách tách cơ cấu thnh các nhóm Diat
hay còn gọi l nhóm hai khâu, sau đó giải
từng nhóm một, kết quả tính toán thu đợc
từ nhóm ny sẽ lm điểm xuất phát để tính
nhóm Diat tiếp theo (Hình 3).

Hình 1. Bản vẽ tổng thể của máy nén rơm, cỏ khô tĩnh tại

Hình 2. Yêu cầu quĩ đạo của đầu mút tay vơ
Nguyn Xuõn Thit, Lờ Minh L, Lng Vn Vt
142

Hình 3. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo Hình 4. Sơ đồ phân tích cấu vơ - nén
của cơ cấu vơ - nén thnh các nhóm Diat
xij xjm xjk xkn xkl
ykl

ykn
yij
yjk
yjm
l
n
m
x
y
k
ji
j2
j1
k2
k1
0

Hình 5. Sơ phân tích động học nhóm hai khâu (nhóm Diat)
2.2. Cơ sở lý thuyết v trình tự tính toán
Trên cơ sở tách nhóm, cơ cấu vơ - nén
đợc tách thnh 3 nhóm Diat v khâu chủ
động OA (Hình 4). Dới đây giới thiệu lời
giải tổng quát cho một nhóm Diat (Vũ Liêm
Chính, 2001).
- Gọi j v k l hai khâu nối động với
nhau trong đó khâu j đợc nối động với khâu
i bằng một khớp quay (i, j), còn khâu k ngoi
việc nối với khâu j còn nối với khâu l bằng
một khớp quay (k, l). Vị trí của các khớp (i,
j), (k, l) đợc xác định bằng toạ độ xij, yij, xkl

v ykl. Hm vị trí của các điểm ny hoặc l
bằng hằng nếu nó đợc nối với khớp quay cố
định hoặc l phụ thuộc vo toạ độ q =

2
của
khâu dẫn. Hm số của điểm cần xác định
của nhóm khâu l điểm (j, m). Vị trí của hai
khâu đợc xác định nhờ các góc

j
,

k
v các
toạ độ của khớp (j,k). Từ hình 1 có thể nhận
thấy, ứng với chiều di l
j
, l
k
bất kỳ sẽ có 2 vị
trí tơng ứng cho khớp (j, k). Hệ toạ độ

j
-

j

gắn liền với khâu j trong đó trục

j
l đờng
nối liền với khớp (i, j) với khớp (j, k), còn trục

j
l trục vuông góc với

j
. Tơng tự nh
trên, khâu k có hệ toạ độ

k
-

k
với góc toạ
độ tại khớp (k, l). Góc

j
đợc tính từ đờng
thẳng song song với trục x theo hớng dơng
đến hớng dơng của trục

j
.
Phơng trình tính toán vị trí x
jm
, y
jm
,

j
,

k
thoả mãn điều kiện rng buộc, nghĩa l
hình chiếu của toạ độ các khớp lên hai trục
toạ độ l phải khép kín (Hình 3).
Phơng trình:
x
ij
+ l
j
. cos

j
- l
k
. cos

k
- x
kl
= 0 (1)
y
ij
+ l
j
. sin

j
- l
k
. sin

k
- y
kl
= 0 (2)
Ký hiệu:
-B
kj
= B
jk
= x
ij
- x
kl
(3)
-C
kj
= C
jk
= y
ij
- y
kl
(4)
biểu thức trên đợc viết dới dạng:
l

j
. cos


j
= l
k
. cos


k
- B
jk
(5)
lj . sin


j
= l
k
. sin


k
- C
jk
(6)
Mt s kt qu nghiờn cu v bi toỏn tỡm qu o u mỳt tay trong c cu v - nộn
143
Bình phơng từng phơng trình v sau

đó cộng lại ta có:
l
j
2
= l
k
2
- 2B
jk
l
k
cos

k
- 2C
jk
l
k
sin


k

+ B
jk
2
+ C
jk
2
(7)

Để rút gọn biểu thức ta đặt:
a
jk =
222
2
2
jkjk
jk
kjk
llCB
lB
++
;
b
jk =
222
2
2
jkjk
jk
kjk
llCB
lC
++

(8)
Phơng trình để tính góc k

nh sau:
a

jk
cos

k
=

1 - b
jk
sin


k
(9)
Bình phơng hai vế ta có:
a
jk
2
(1 - sin
2

k
) = 1 - 2b
jk
sin

k

+ b
jk
2

sin
2

k
(10)
Sắp xếp các số hạng theo số mũ của
sin
k
ta nhận đợc phơng trình bậc hai:
sin
2

k
- 2
jk
jk
w
b
sin

k
+
jk
jk
w
a )1(
2

= 0 (11)

Trong đó:
w = ajk
2
+ bjk
2
(12)
Phơng trình bậc hai trên có hai nghiệm:
(sin


k
)
1
=
jk
jkjkjk
w
wba 1+

(sin

k
)
2
=
jk
jkjkjk
w
wba 1

Từ nghiệm trên, ta tính đợc:
(cos

k
)
1
=
jk
jkjkjk
w
wab 1+

(cos

k
)
2
=
jk
jkjkjk
w
wab 1

- Có thể thấy hai nghiệm của phơng
trình phù hợp với hai phơng án vị trí của
nhóm. Giá trị của hai góc

k1
,

k2
xác định
khi cả giá trị của sin lẫn cos của nó đợc
xác định. Với hai giá trị ny ngời ta mới
xác định ra đợc

k
nằm ở góc phần t no
nhờ đó xác định đợc nó l góc nhọn hay góc
tù.
Trong thực tế, hai giá trị căn thức của
phơng trình bậc hai phù hợp với hai
phơng án về vị trí có thể của nhóm khâu.
Nếu biểu thức trong căn của phơng trình
bậc hai bằng không, có nghĩa l xuất hiện vị
trí thẳng hng. Nếu biểu thức trong căn
thức âm, có nghĩa l khoảng cách của hai
khớp (i, j) v khớp (k, l) lớn hơn giá trị của l
j

+ l
k
v do đó không thể tạo thnh cơ cấu từ
nhóm đã cho.
Từ phơng trình (4), (5) ta tính đợc giá
trị của sin v cos của góc j.
(sin

j
)

1
=
kj
kjkjkj
w
wba 1+

(sin

j
)
2
=
kj
kjkjkj
w
wba 1

(cos

j
)
1
=
kj
kjkjkj
w
wab 1+

(cos

j
)
2
=
kj
kjkjkj
w
wab 1

- Giá trị của akj, bkj, wkj đợc tính toán
nhờ công thức (8), (12) bằng cách thay đổi chỉ
số cho nhau.
- Việc phân tích động học của một cơ cấu
đợc tạo thnh từ các nhóm Diat đợc tiến
hnh từng bớc. Từ giá trị đã biết về chiều
di ( lj, lk) v các hm vị trí của các khớp chờ
(i, j) v (k, l) tính toán hm vị trí các điểm
cần tìm. Tiếp đến điểm ny lại l điểm xuất
phát để tính các Diat tiếp theo hoặc đợc
xem l điểm trọng tâm, các chỉ số i, j, k, l
đợc thay thế bằng các chỉ số mới của khâu
đợc khảo sát.
Cơ cấu vơ - nén đợc tách ra thnh các
nhóm Diat. Sử dụng ngôn ngữ Scilab để giải
bi toán động học cơ cấu ny (Hình 6).
(8)
Nguyn Xuõn Thit, Lờ Minh L, Lng Vn Vt
144

Hình 6. Sơ đồ thuật giải

Hình 7. Quĩ đạo chuyển động của các điểm A, C, D, E, F
Nhp d liu l2, l3,
END
Gii nhúm Diat CDO
2

Gii nhúm Diat ACO
1

To im A
Begin
Gii nhúm Diat DEB
To im C
To im F
= 0 : 2
Mt s kt qu nghiờn cu v bi toỏn tỡm qu o u mỳt tay trong c cu v - nộn
145
Các thông số ban đầu l toạ độ 3 điểm cố
định O, O
1
, O
2
; chiều di các thanh v góc
quay của khâu dẫn . Thông số đầu ra l tìm
ra quỹ đạo của điểm F v điểm C.
Hình 7 giới thiệu một ví dụ về quĩ đạo
chuyển động của các điểm A, C, D, E, F. Quỹ
đạo chuyển động điểm C l hnh trình của
piston nén, đó l một cung tròn bán kính
L
O1C
có tâm O
1
. Quỹ đạo chuyển động của
điểm F l hnh trình của đầu mút tay vơ.

Với các kích thớc khác nhau của các khâu
trong cơ cấu, sẽ cho các hình dạng quỹ đạo
chuyển động của mút tay vơ khác nhau.
Theo yêu cầu chế tạo, tọa độ các điểm O,
O
1
, O
2
đợc lựa chọn trớc; kích thớc các
khâu OA, O
1
C, O
2
G sơ bộ chọn trớc. Bi
toán đợc giải theo cách tối u lần lợt kích
thớc các khâu CD, CG, GF, FB.
3. KếT QUả V THảO LUậN
Trên các hình 8 đến hình 10 giới thiệu
một số kết quả điển hình về quĩ đạo chuyển
động của các điểm A, C, D, E, F khi tiến
hnh điều chỉnh kích thớc các khâu CD,
CG, GF, FB. Khi kích thớc các khâu trong
cơ cấu thay đổi, quỹ đạo của đầu mút thay
đổi: trên hình 8 ứng với việc thay đổi kích
thớc của khâu AC; trên hình 9 ứng với việc
thay đổi kích thớc của khâu DE v hình 10
ứng với việc thay đổi kích thớc khâu BE.
Kết quả tính toán cho thấy, với quỹ đạo
chuyển động của đầu mút tay vơ ở hình 10,
hnh trình vơ l một đờng cong lồi, hnh

trình trả về gần nh l một đờng thẳng cho
khả năng vơ của tay vơ tốt hơn cả. Vì vậy các
thông số hình học của cơ cấu vơ - nén đợc lựa
chọn dựa trên kết quả thu đợc trên hình 10.
a)
b)
c)
d)
Hình 8. Quĩ đạo chuyển động của các điểm A, C, D, E, F khi thay đổi L
2


a) L
2
= 450 mm; b) L
2
= 500 mm; c) L
2
= 550 mm; d) L
2
= 650 mm

Nguyễn Xuân Thiết, Lê Minh Lư, Lương Văn Vượt
146

a) c)



b) d)

H×nh 9. QuÜ ®¹o chuyÓn ®éng cña c¸c ®iÓm A, C, D, E, F khi thay ®æi L
5

a) L
5
= 150mm; b) L
5
= 300mm; c) L
5
= 350mm; d) L
5
= 400mm

Một số kết quả nghiên cứu về bài toán tìm quĩ đạo đầu mút tay trong cơ cấu vơ - nén
147
a) b)
c) e)
f) g)
H×nh 10. QuÜ ®¹o chuyÓn ®éng cña c¸c ®iÓm A, C, D, E, F khi thay ®æi L
6

a) L
6
= 400 mm; b) L
6
= 450 mm; c) L
6
= 500 mm;
d) L
6

= 550 mm; e) L
6
= 600 mm; f) L
6
= 650 mm

Nguyn Xuõn Thit, Lờ Minh L, Lng Vn Vt
148
4. KếT LUậN
Máy nén rơm tĩnh tại phục vụ cho việc
nén bó rơm, cỏ khô với ý nghĩa trực tiếp l
phục vụ cho ngnh chăn nuôi gia súc, nuôi
trồng nấm v ý nghĩa gián tiếp bảo vệ môi
trờng l một nhu cầu thực tế đang đặt ra
cho ngnh nông nghiệp Việt Nam.
Việc bố trí piston nén v cơ cấu vơ trên
cùng một cơ cấu sẽ giúp cho quá trình vơ v
nén của máy đợc thực hiện một cách nhịp
nhng, liên tục, do đó năng suất máy tăng
cao. Bi toán động học cơ cấu l cơ sở lý
thuyết cho việc thiết kế cơ cấu nén bó nói
riêng v thiết kế máy nói chung.
Từ kết quả tính toán, kích thớc các khâu
trong cơ cấu vơ - nén đợc lựa chọn cho thiết
kế: L = 250 mm, L
1
= 500 mm; L
2
= 600 mm;
L

3
= 650 mm; L
4
= 300 mm; L
5
= 200 mm; L
6
=
550 mm; L
21
= 400 mm; LGF = 400 mm.









TI
LIệU THAM KHảO
Vũ Liêm Chính (bản dịch, 2001). Giáo trình
Động lực học máy. Nh xuất bản khoa học
v kỹ thuật, tr. 98 -101.
Quang Mẫn (2007). Máy ép rơm. Niên giám
Nông nghiệp - thực phẩm
/>?self=article&id=2783
, Niên giám Nông
nghiệp - thực phẩm, máy ép rơm. Cập

nhật ngy 25/6/2008.

/2004/03/3B9D102E/, VN express, Sáng
chế máy ép rơm đầu tiên ở Việt Nam. Cập
nhật ngy 26/3/2004.
/>.php?newsid=50610086190, Máy cuộn ép
rơm lúa CER5070, Khoa học kỹ thuật
nông nghiệp. Cập nhật ngy 7/9/2009.