Thiết lập các biểu thức tính toán cho quá trình cắt thái của dao thái củ quả

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ
KHOA CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ
KHOA CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ






CHUYÊN ĐỀ
Môn: Công nghệ và thiết bị
Bảo quản chế biến nông sản
Tên chuyên đề: Thiết lập các biểu thức tính toán
cho quá trình cắt thái của dao thái củ quả.
GVHD: TS. Đinh Vương Hùng
SVTH : Hoàng Thị Hương Giang
Lớp : Công thôn 39A
Huế, 01/2008
Chuyên đề môn học: CN & TBBQCBNSTP GVHD:TS. Đinh Vương Hùng
ĐẶT VẤN ĐỀ:
Trong chăn nuôi, máy thái thức ăn chăn nuôi có nhiệm vụ làm nhỏ
rau cỏ tươi, khô thành những đoạn (dài, ngắn), hoặc củ quả thành những lát
(dày, mỏng), với những kích thước đoạn thái hay lát thái điều chỉnh được
theo quy định đối với các loại vật nuôi. Đôi khi yêu cầu thức ăn có những
kích thước rất nhỏ, không cần điều chỉnh và xác định độ dài đoạn thái cụ thể.
Đó là nhiệm vụ của những máy băm rau cỏ, củ quả. Thức ăn thô được thái,
băm so với cách cho ăn cả cây, cả củ sẽ tốt hơn vì súc vật tận dụng được rau
củ cả non lẫn già, dễ nhai, dễ tiêu hoá hoặc thái rồi phơi sấy sẽ chóng khô

hơn, sấy rồi đem băm thái cũng là để nghiền bột dễ nhỏ hơn.
Các loại thức ăn chăn nuôi thường được cắt thái bởi lưỡi dao có dạng
nêm phẳng hoặc nêm không gian. Lực cắt của dao gây một áp suất riêng
đáng kể vào nguyên liệu cắt dẫn đến sự phá huỷ mối liên kết giữa các phần
tử và làm tách rời chúng ra. Quá trình cắt thái phụ thuộc nhiều yếu tố như
dạng hình học của dao, đặc tính nguyên liệu cắt, chế độ động học và động
lực của bộ phận cắt, thái Hiện nay máy thái được sử dụng nhiều trong công
nghệ chế biến thức ăn gia súc. Phần lớn các nguyên liệu sử dụng làm thức ăn
gia súc, nhất là các thức ăn tươi, như các loại rau, củ quả đều phải trải qua
công đoạn thái. Vì thế máy thái có ý nghĩa quan trọng trong dây chuyền chế
biến thức ăn chăn nuôi.
SVTH:Hoàng Thị Hương Giang
2
Chuyên đề môn học: CN & TBBQCBNSTP GVHD:TS. Đinh Vương Hùng
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU:
1. Cơ sở lý thuyết của quá trình cắt thái:
a. Cơ sở lý thuyết của quá trình cắt thái bằng lưỡi dao:
Các 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
bằng 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 đó
(Hình1a) hoặc bằng 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 tiép tuyến),
nghĩa là theo hướng chéo tổng hợp r (hướng cắt nghiêng) (Hình
1b)
Hình 1: Tác dụng cắt thái của lưỡi dao
Những thí nghiệm của Viện sĩ Goriatskin V.P đã chứng minh
rằng nếu cắt thái theo hướng nghiêng sẽ giảm được lực cắt cần

thiết và tăng chất lượng vật liệu thái so với cắt thái theo hướng
pháp tuyến. Thí nghiệm đó được tiến hành như sau: Dùng 1 cân
Rôbecval (hình 2a), trên đĩa A lần lượt đặt những quả cân N, g
nặng khác nhau, bên kia đĩa thay bằng lưỡi dao B, lắp lưỡi quay
lên trên.
Thí nghiệm cắt những cọng rơm C có bộ phận D giữ và đè cọng
rơm vào lưỡi dao, đồng thời di chuyển được cùng với cọng rơm
bằng tay kéo E dọc cạnh sắc lưỡi dao với những độ dịch chuyển S
SVTH:Hoàng Thị Hương Giang
3
p
Vật thái
B
r
q
p
a) b)
A
Dao
p
Chuyên đề môn học: CN & TBBQCBNSTP GVHD:TS. Đinh Vương Hùng
(mm). Kết quả được trình bày ỏ bảng 2.1 và được biểu diễn bằng
đồ thị ở hình 2b.
Hình 2: Thí nghiệm về cắt thái của Goriatskin.
a- Dụng cụ thí nghiệm;
b- Đồ thị phụ thuộc của lực cắt N vào độ dịch chuyển S.
Bảng 2.1. Sự liên hệ giữa N (lực cắt ) và S (độ dịch chuyển của dao)
N 600 500 400 300 200 100
S 1,5 2 8 20 100 160
S = A.e

-N
hoặc N
3
.S = C
te
Goriatskin gọi trường hợp cắt pháp tuyến (theo thí nghiệm S=0) là quá
trình chặt bổ, cắt thái không trượt; trường hợp cắt nghiêng (theo thí nghiệm
S≠0) là quá trình cắt thái có trượt. Rõ ràng là khi cắt thái có trượt, lực cần
thiết để cắt thái giảm so với khi cắt thái không trượt. Ta cũng có thể giải
SVTH:Hoàng Thị Hương Giang
4
B
a)
N,g
E
A
S, mm
b)
N,g
O
Chuyên đề môn học: CN & TBBQCBNSTP GVHD:TS. Đinh Vương Hùng
thích điều này bằng một số cơ sở vật lý của quá trình cắt thái bằng lưỡi dao
như sau:
Lưỡi dao dù rất sắc nhưng khi soi qua kính hiển vi , cũng thấy rõ
những răng lồi lõm như lưỡi cưa. Do đó khi lưỡi dao di chuyển có thêm
hướng tiếp tuyến, nghĩa là có trượt, thì lưỡi dao sẽ phát huy được tác dụng
cưa đứt vật thái. Còn lưỡi dao chỉ cắt theo hướng pháp tuyến ( chặt bổ), đó
là quá trình cắt thái bằng nêm, lực cắt thái phải khắc phục ứng suất nén để
cắt đứt vật thể. Khi cắt có trượt thì một phần lực cắt thái sẽ chỉ khắc phục
ứng suất kéo mà các nguyên liệu (nhất là các loại có sợi, đàn hồi như rau củ)

thì ứng suất kéo luôn nhỏ hơn đáng kể so với ứng suất nén. Nhờ đó tổng hợp
lực cắt thái sẽ nhỏ.

Hình 3: Tác dụng cắt trượt giảm chiều rộng lát thái.
Ví dụ đối với củ quả ứng suất nén sẽ là α
n
=86÷104 N/cm
2
còn ứng
suất kéo là α
k
= 45÷85 N/cm
2

Mặt khác khi cắt thái có trượt lưỡi dao trượt theo phương P làm cho
đoạn thái ΔS có bề rộng thái b
p
nhỏ hơn bề rộng b
n
ứng với trường hợp cắt
thái không trượt có cùng đoạn thái ΔS. Diện tích lát cắt S cả 2 trường hợp
trên là bằng nhau nhưng đường dịch chuyển của lưỡi dao ở trường hợp cắt
thái có trượt dài hơn.
nnp
b
A
b
A
F
b

===
p
n
p
AA
A
A
cosτ
Vì vậy quá trình cắt thái dễ dàng hơn, lực cắt thái nhỏ hơn.
SVTH:Hoàng Thị Hương Giang
5
F
P
N
b
n
A ΔS
A
p
b
p
Chuyên đề môn học: CN & TBBQCBNSTP GVHD:TS. Đinh Vương Hùng
Tuy nhiên, cũng cần thấy rằng các nguyên liệu thái trong nông nghiệp
thường có tính đàn hồi và nhiều thớ, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình
lưỡi dao vừa nén vừa trượt tương đối với chỗ tiếp xúc của vật thái. Nếu vật
thái cứng rắn không đàn hồi, ít thớ thì cắt trượt bằng lưỡi dao sẽ không hợp
lý.
2. Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cắt thái bằng lưỡi dao:
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cắt thái bằng lưỡi dao, tuy
nhiên chúng ta chỉ xét đến một số yếu tố chính thuộc phạm vi dao thái và vật

thái:
 Áp suất riêng q: 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. Nó liên quan đến các yếu tố khác thuộc phạm vi
dao thái và vật thái. Nếu gọi lực cắt thái cần thiết là Q (N) và
độ dài đoạn lưỡi dao là ΔS (cm) thì áp suất riêng q được tính
theo công thức sau:
S
Q
q
∆
=
; N/cm
Nếu cắt thái bổ không trượt, đối với củ quả q=20 - 40N/cm
Khi cắt thái các vật đàn hồi áp suất riêng gây ra 2 giai đoạn: đầu
tiên là lưỡi dao nén ép vật thái 1 đoạn rồi đến cắt đứt vật thái.
Trong quá trình lưỡi dao đi vào vật thái dao còn chịu sự tác động
của lực ma sát T
1
do áp lực cản của vật thái tác động vào mặt bên
của dao và lực T
2
do vật thái dịch chuyển bị nén ép tác động vào
mặt vát của cạnh sắc lưỡi dao.
Nếu gọi P
t
là lực cắt thái thì P
t
được tính theo công thức sau:
Q = P

t


+ T
1
+ T
2
cosδ trong đó δ là góc mài lưỡi dao
 Các yếu tố thuộc về dao thái:
 Độ sắc s (mm): Độ sắc lưỡi dao chính là chiều dày s
của nó. Thông thường độ sắc cực tiểu đạt tới 20 - 40
μm. Đối với các máy thái trong chăn nuôi s không
vượt quá 100 μm, nếu s > 100 μm coi như lưỡi dao
bắt đầu cùn và thái kém. Độ sắc s càng lớn thì áp suất
riêng q càng tăng. Nếu gọi ứng suất cắt của vật thái là
σ
c
thì:
q = s.σ
c
 Góc cắt thái α: là góc hợp bởi góc đặt dao β và góc mài
σ :
α = β + σ
SVTH:Hoàng Thị Hương Giang
6
Chuyên đề môn học: CN & TBBQCBNSTP GVHD:TS. Đinh Vương Hùng
Góc đặt dao β phải tính toán sao cho lớp rau củ khi được
dao thái xong lại tiếp tục được cuốn 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

nguyên liệu đi vào, dạng cạnh sắc của lưỡi dao
Góc mài σ đã được Rezik N.E nghiên cứu và đề xuất năm
1975 theo công thức thể hiện ảnh hưởng đến lực cắt thái
như sau:
Q
th
= P
t
+ ctgσ, N
Trong đó: c là hệ số thứ nguyên; (N/cm)
Q
th
là lực cắt thái tới hạn cần thiết (N)
P
t
là lực cản cắt thái (N)
 Góc mài dao σ nói chung nhỏ, nhưng vì độ bền của vật
liệu làm dao có hạn, cho nên góc mài của máy thái rau củ
thường lớn hơn hay bằng 12
0
. Đối với máy thái củ quả σ =
18 - 25
0
.
 Độ bền của vật liệu làm dao: Dao có chất liệu bền thì lâu
cùn, thái tốt. Khi dao sắc công nén lớp vật thái do lưỡi dao
tác động lúc bắt đầu cắt sẽ tốn ít hơn và công cản cắt thái
cũng nhỏ hơn.
 Vận tốc của dao thái v(m/s): Vận tốc cắt thái ảnh hưởng
đến quá trình cắt thái thể hiện cụ thể bằng những đồ thị

thực nghiệm biểu diễn sự biến thiên của áp suất riêng q
hoặc lực cắt thái P
t
và công cắt thái A
ct
với vận tốc của dao
thái (Hình 4).
SVTH:Hoàng Thị Hương Giang
7
0 7
11
V, m/s
Q, N/cm
a)
Chuyên đề môn học: CN & TBBQCBNSTP GVHD:TS. Đinh Vương Hùng
Hình 4: Đồ thị phụ thuộc của q, A
ct
, P
t
với v
Theo Reznik, ta có thể tính theo công thức thực nghiệm:
P
t
= 75.10
-0,0019
.q.v
2,6
+ 40
Vận tốc tối ưu bằng 35 ÷ 40m/s
c. Điều kiện trượt của lưỡi dao trên vật thái:

Như chúng ta đã thấy ở trên, đường trượt của lưỡi dao trên vật
thái (hay của vật thái trên lưỡi dao theo quan hệ tương hỗ) càng dài
thì lực cản cắt thái càng giảm. Để thể hiện hiện tượng trượt nói
chung của lưỡi dao trên lớp vật thái, ta hãy vẽ và phân tích (Hình
5) vận tốc v của một điểm M ở lưỡi dao khi tác động vào lớp vật
thái.
Vận tốc v có thể phân tích làm hai 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 ngập sâu vào vật thái. Vận tốc tiếp tuyến v
t

gây nên chuyển động trượt của điểm M thuộc dao tương đối với
điểm M thuộc vật thái.
Theo định nghĩa của Goriatskin, góc hợp bởi vận tốc v (vận tốc
tuyệt đối) với thành phần pháp tuyến v
n
gọi là góc trượt τ, tỷ số
SVTH:Hoàng Thị Hương Giang
8
A
ct
P
t

20
0 10 20 V, m/s
0,5
0,7
0,9
40
60
A
ct
, J
P
t
, kN
b)
Chuyên đề môn học: CN & TBBQCBNSTP GVHD:TS. Đinh Vương Hùng
giữa trị số vận tốc tiếp tuyến v
t
và vận tốc pháp tuyến v
n
gọi là hệ
số trượt ε:
τε
tg
v
v
n
t
==
Nhưng theo thực nghiệm, Goriatskin đã chứng mỉnh rằng lực
cắt thái bắt đầu giảm nhiều, đáng kể, không phải ứng với bất kỳ

góc trượt τ của dao có trị số tương đối nhỏ nào đó, mà ứng với trị
số góc trượt nhất định của dao. Theo thí nghiệm của Viện sĩ
Ziablov V.A, lực cắt thái sẽ giảm nhiều với τ ≥ 30
0
. Như vậy có
nghĩa là hiện tượng cắt của dao đối với vật thái sẽ có một điều kiện
chung để phát huy thật sự mạnh mẽ tác dụng cắt trượt , để giảm lực
cắt thái được nhiều hơn.
Hình 5: Phân tích vận tốc của các điểm M
ở cạnh sắc lưỡi dao AB khi tác động vào vật thái.
Phát triển các lí luận nghiên cứu về cắt thái của Goriatskin, Viện sĩ
Giuligopski V.A đã phân tích nội dung vật lí của vấn đề này như sau:
Chúng ta hãy xét các lực tác động giữa lưỡi dao với vật thái: Tất
nhiên, trong trường hợp cắt thái chặt bổ, góc trượt τ = 0 thì lực tác động giữa
lưỡi dao với vật thái chỉ có một lực pháp tuyến cắt thái (thẳng góc với lưỡi
dao) theo phương vận tốc với lưỡi dao. Trong trường hợp chúng ta cần xét là
góc trượt τ ≠ 0, đối với một lưỡi dao thẳng là AB quay quanh một tâm quay
O (Hình 6) và cách tâm quay một doạn p (lấy trường hợp đơn giản). Để dễ
phân tích, chúng ra sẽ vẽ tách riêng và xét các lực do vật thái (cuộng rau
SVTH:Hoàng Thị Hương Giang
9
M
A
V
t
O
B
V
V
n

Chuyên đề môn học: CN & TBBQCBNSTP GVHD:TS. Đinh Vương Hùng
chẳng hạn) tác động vào dao thái (Hình 6a) và các lực do dao tác động vào
vật thái (Hình 6b và c).

SVTH:Hoàng Thị Hương Giang
10
N
'
V
F
'
B
M
d
T
'
H
A
P
O
P
'
a)
b)
A
N
V
R
P
B

T
F
M
r
O
Chuyên đề môn học: CN & TBBQCBNSTP GVHD:TS. Đinh Vương Hùng
Hình 6: Phân tích các lực tác động giữa lưỡi dao và vật thái
a- Các lực do rau tác động vào dao
b- Các lực do dao tác động vào rau với góc τ ≤ φ
'
c- Các lực do dao tác động vào rau với góc τ > φ
'
Trước hết, khi lưỡi dao tác động vào cuộng rau thì ở điểm tiếp xúc M
sẽ sinh ra lực pháp tuyến chống đỡ ngược chiều theo nguyên lý "lực và phản
lực". Ở hình 6a, cuộng rau tác động vào lưỡi dao ở điểm M
d
với lực pháp
tuyến N, còn ở hình 6b, 6c thì lưỡi dao tác động vào cuộng rau ở điểm M
r

với lực pháp tuyến N = N
'
nhưng ngược chiều. Vì phương chuyển động của
điểm M
d
ở lưỡi dao (theo vectơ vận tốc v) không trùng với phương pháp
tuyến (vì τ ≠ 0), cho nên lực pháp tuyến N
'
có thể phân tích thành hai thảnh
phần (Hình 6a): lực P

'
theo phương chuyển động V, và T
'
theo phương của
lưỡi dao AB. Ở đay chúng ta thấy ngay rằng lực T
'
này có xu hướng làm
cho điểm M
d
của lưỡi dao trượt (xuống phía dưới) trên cuộng rau. Nhưng khi
đó sẽ xuất hiện lực ma sát F
'
giữa lưõi dao và cuộng rau hướng lên phía trên
cản lại hiện tượng trượt đó, với trị số F
'
= T
'
. Cũng xét như vậy theo hình 6b
và c thì lực pháp tuyến N do lưỡi dao tác động vào điểm M
r
của cuộng rau
cũng có thể phân tích làm hai thành phần: lực P theo phương chuyển động v
và lực T theo phương của lưỡi dao AB. Ở đây, đối với cuộng rau, lực T có
xu hướng làm cho điểm M
r
của cuộng rau trượt theo lưỡi dao trượt lên phía
SVTH:Hoàng Thị Hương Giang
11
F
max

N
R
P
V
A
B
T
B
T- F
max
O
c)
Chuyên đề môn học: CN & TBBQCBNSTP GVHD:TS. Đinh Vương Hùng
trên và cũng xuất hiện lực ma sát F giữa cuộng rau và lưỡi dao (cũng bằng
F) hướng xuống phía dưới, cảm lại hiện tượng trượt với trị số F =T.
Trên hình vẽ chúng ta thấy rằng góc trượt τ càng lớn thì lực quay T
(hay T
’
) càng tăng, đồng thời lực ma sát F (hay F
’
) cũng vẫn có khả năng
tăng theo, bằng T, khiến cho điểm M
r
của cuộng rau không thể trượt theo
lưỡi dao được. Nghĩa là mặc dù cắt thái với góc trượt τ ≠ 0, nhưng hai điểm
M
r
của rau và M
d
của dao khi tiếp xúc với nhau vẫn không trượt đi, không

rời nhau. Trái lại, trong quá trình thái, điểm M
d
của dao vẫn bám chặt lấy
điểm M
r
của rau mà nén xuống với lực tác động P cho đến khi cắt đứt (tuy
lúc này ở M
r
của rau có ba lực tác động P, T và F, nhưng F = T và hợp lực
của chúng là lực P).
Nhưng chúng ta biết rằng khi T tăng, F sẽ tăng theo và chỉ đạt tới trị
số lực ma sát cực đại F
max
mà thôi (theo khái niệm về lực ma sát và góc ma
sát). Trị số F
max
= N; tgφ
’
= N.f
’
, trong đó φ
’
là góc ma sát giữa lưỡi dao và
vật thái, f
’
= tgφ
’
là hệ số ma sát. Có điều là trong trường hợp ma sát giữa
lưỡi dao và vật thái này (coi như ma sát giữa đường thẳng và bầ mặt) thì trị
số của góc ma sát φ

’
không cố định như các trường hợp ma sát thông thường
(giữa bề mặt với bề mặt). Trái lại theo thực nghiệm, φ
’
và f
’
thay đổi trị số ít
nhiều. Do đó, để phân biệt hiện tượng ma sát của lưỡi dao với vật thái,
Goriatskin đề nghị gọi góc φ
’
là góc cắt trượt φ
’
, và hệ số f
’
= tgφ
’
là hệ số
cắt trượt φ
’
.
Vậy khi T và F tăng lên trong giới hạn T = F ≤ F
max
nghĩa là T = F =
Ntgτ hay τ ≤ φ
’
thì quá trình cắt thái chưa có hiện tượng “trượt tương đối”
giữa các điềm của lưỡi dao tiếp xúc với các điểm của cuộng rau (vì bị hiện
tượng ma sát chống lại).
Nhưng khi T tăng lên nữa, do góc trượt τ tăng lên (vì T = Ntgτ) theo
hình 6 trình bày, trong lúc đó lực ma sát không thể tăng lên thêm mà chỉ giữ

ở trị số F
max
, nghĩa là khi T > F
max
hay τ > φ
’
, thì hiệu số lực T - F
max
sẽ có xu
hướng làm cho M
r
của rau trượt đi, rời điểm M
d
của dao, lên phía trên, hay
ngược lại, điểm M
d
của dao trượt đi, rời điểm M
r
của rau, xuống phía dưới,
bây giờ mới bắt đầu có hiện tượng “trượt tương đối” giữa dao và rau. Và khi
đó quá trình cắt thái mới thực sự có trượt, dao mới phát huy được khả năng
“cưa” cuộng rau (bằng những lưỡi răng cưa rất nhỏ, đã nêu ở trên) và lực cắt
thái mới giảm được nhiều, cắt thái mới dễ dàng. Lúc này, hợp lực của ba lực
P, T, và F
max
do dao tác động vào rau không phải là lực P là luôn luôn là lực
R, nghĩa là dù τ lớn bao nhiêu đi nữa, dao cũng tác động vào rau bằng lực
tổng hợp R mà thôi (tức là chỉ theo phương hợp với pháp tuyến một góc φ
’
)

(Hình 6c).
Tóm lại, qua việc phân tích trên, Giuligopski đã đề xuất ra ba trường
hợp của quá trình cắt thái bằng lưỡi dao như sau:
SVTH:Hoàng Thị Hương Giang
12
Chuyên đề môn học: CN & TBBQCBNSTP GVHD:TS. Đinh Vương Hùng
• Trường hợp góc trượt τ = 0 quá trình cắt thái chặt bổ không trượt, chỉ
có lực pháp tuyến, không có lực tiếp tuyến (theo lưỡi dao).
• Trường hợp góc trượt τ ≤ φ
’
quá trình cắt thái vẫn chưa có trượt , tuy
có cả lực tiếp tuyến và lực pháp tuyến (nhưng lực tiếp tuyến này chưa
gây được hiện tượng trượt vì ma sát).
• Trường hợp góc trượt τ > φ
’
quá trình cắt thái có trượt tương đối giữa
dao và vật thái, do tác dụng của lực tiếp tuyến đủ lớn thắng được hiện
tượng ma sát.
d. Quan hệ giữa dao thái và tấm kê thái:
 Khe hở δ giữa cạnh sắc của lưỡi dao và cạnh sắc của tấm
kê (Hình 7).
Hình 7: Đồ thị phụ thuộc của δ với N.
Thực nghiệm đã cho ta thấy ảnh hưởng thể hiện bằng sự phụ thuộc của công
suất cắt N với khe hở δ: δ có một giới hạn thích hợp để đảm bảo cho N
tương đối nhỏ.
Vật thái càng mảnh thì khe hở δ càng nhỏ, vì nếu không , lưỡi dao có thể bẻ
gập thân vật thái xuống lọt vào khe hở và kéo đứt nó, giảm chất lượng cắt.
Nhưng δ cũng không thể nhỏ quá được, vì đĩa lắp dao (nhất là trống lắp dao)
đều có độ dịch chuyển dọc trục cho phép và gối đỡ cũng có độ dịch chuyển
dọc trục cho phép.

Ở trống lắp dao quay với số vòng lớn, do lực ly tâm, dao cũng sẽ có độ võng
ra phía ngoài.
SVTH:Hoàng Thị Hương Giang
13
N, kW
δ
min
N, kWO δ
max
Chuyên đề môn học: CN & TBBQCBNSTP GVHD:TS. Đinh Vương Hùng
 Góc kẹp χ và điều kiện kẹp vật thái giữa cạnh sắc lưỡi
dao và cạnh sắc tấm kê.
Đây là một yếu tố ảnh hưởng trong trường hợp cắt thái kiểu “kéo cắt”,
có một cạnh sắc lưỡi dao nữa (ở đây là cạnh sắc tấm kê) cùng phối hợp kẹp
và cắt vật thái.
Điều kiện kẹp vật thái giữa cạnh sắc lưỡi dao và cạnh sắc tấm kê là
góc kẹp χ ≤ φ
’
1
+ φ
’
2
. Đối với kiểu dao đĩa χ = 40 ÷ 50
0
, dao trống χ = 24 ÷
30
0
.
Nếu một trong hai góc cắt trượt (góc ma sát) φ
’

1
và φ
’
2
có trị số nhỏ
nhất, gọi là φ
’
min
thì theo Viện sĩ Xablikov, điều kiện kẹp hoàn toàn là χ ≤
2φ
’
min
Nếu φ
’
1
= φ
’
2
= φ
’
thì điều kiện kẹp là χ ≤ 2φ
’
.
Nếu φ
’
1
< χ /2 < φ
’
2
, nghĩa là 2φ

’
1
< χ < 2φ
’
2
, thì ta sẽ thấy có hiện
tượng vật thái bị xoay tròn tại chỗ và cắt thái cũng khó.
Ta cũng cần chú ý rằng trong trường hợp χ > φ
’
1
+ φ
’
2
thì vật thái bị
đấy ra ngoài cho tới khi góc mở giảm xuống tới trị số góc kẹp χ = φ
’
1
+ φ
’
2

kại đảm bảo điều kiện kẹp.
e. Độ bền và chất lượng của vật thái:
Cụ thể ở đây là vấn đề lực cản cắt thái p (Hình 8) của vật thái, độ ẩm
W % của vật thái. Thực nghiệm cho ta đồ thị chỉ sự phụ thuộc của áp suất
cắt thái riêng q (N/cm) với độ ẩm W % của vật thái (Hình 8). Khi độ ẩm còn
thấp (8 ÷ 15%) áp suất cắt thái riêng tăng dần, nhưng khi W > 15% thì áp
suất cắt thái riêng lại giảm đi.
SVTH:Hoàng Thị Hương Giang
14

0
8 15 35
11
6
8
q, N/cm
W, %
Chuyên đề môn học: CN & TBBQCBNSTP GVHD:TS. Đinh Vương Hùng
Hình 8: Đồ thị phụ thuộc của q với W%
3. Năng lượng cắt thái và công cắt thái riêng A
r
:
Năng lượng cắt thái và đặc biệt công cắt thái riêng A
r
là thông số quan
trọng nhất của quá trình cắt thái.
a. Năng lượng cắt thái:
Để xác định năng lượng cắt thái, trước hết ta cần giả thiết rằng nhờ
có các trục cuốn vật thái trước (ở các máy thái rau cỏ rơm đều có
các cặp trục cuốn) nên có thể bỏ qua phần năng lượng nén ép do
lưỡi dao tác động vào vật thái trước khi cắt đứt. Ngoài ra, ta cũng
chỉ xét và tính toán trường hợp cắt thái có trượt (τ ≥ φ
'
).
Hình 9: Sơ đồ dao thái để tính năng lượng
Để tính toán trong điều kiện đơn giản nhất, ta xét dao AB cách tâm
quay O một đoạn p (Hình 9):
M
ct
= N.r.cosτ + F

'
.r.sinτ (3-1)
Trong đó: τ - góc trượt hợp bởi hau vận tốc v và v
n
đồng thời τ cũng bằng
góc OCA.
r.cosτ và r.sinτ - hai cánh tay đòn của hai lực N và F
'
.
Ta lại có:
''
'
ftg
N
F
==
ϕ
là hệ số cắt trượt. Do đó, đặt N.r.cosτ làm
thừa số chung, đồng thời thay thế trị số
SVTH:Hoàng Thị Hương Giang
15
Chuyên đề môn học: CN & TBBQCBNSTP GVHD:TS. Đinh Vương Hùng
'''
. fNNtgF
==
ϕ
và
τ
τ
τ

tg
=
cos
sin
,
phương trình (3-1) sẽ thành:
M
ct
= N.r.cosτ (1 + f
'
.tgτ) (3-2)
Ngoài ra, ở trên ta đã biết: N = q.ΔS
Thay vào phương trình (3-2) ta sẽ được công thức chung tính mômen
cản cắt thái:
M
ct
= q.ΔS.r.cosτ (1 + f
'
.tgτ) (3-3)
Công suất cắt thái có thể tính bắng tích M
ct
.ω, trong đó ω là vận tốc
góc, tức là
dt
d
θ
ω
=
( θ - góc quay của dao; t - thời gian quay). Vậy công
suất cắt thái bằng:

M
ct
.ω = q.ΔS.r.ω.cosτ (1 + f
'
.tgτ) (3-4)
Hình 10: Xét đoạn dao thái ΔS với góc quay dθ
Theo hình 10 ta thấy hình tứ giác ABCD có thể coi là một hình bình
hành và có thể tính diện tích của nó bằng ΔS.r.dθ.cosτ = diện tích hình
ABCD, tức là:
ΔS.r.dθ.cosτ = dF
dF - độ tăng vi phân của diện tích được thái. Do đó, thay thế trị số này
vào phương trình (3-4) ta có:
M
ct
.ω =
)1(
'
τ
tgf
dt
dF
q
+
Người ta gọi hệ số (1 + f
'
tgτ) là hệ số đặc tính của dao thái.
SVTH:Hoàng Thị Hương Giang
16
r.dθcosτ
Chuyên đề môn học: CN & TBBQCBNSTP GVHD:TS. Đinh Vương Hùng

Như vậy công suất cắt thái cần thiết được xác định bằng áp suất riêng
q trên mỗi đơn vị độ dài lưỡi dao đã thái, diện tích được thái trong mỗi đơn
vị thời gian
dt
dF
(có thể gọi là "vận tốc cắt thái" ) và hệ số đặc tính của dao.
b. Công cắt thái riêng:
Công cắt thái riêng là năng lượng cần tiêu thụ để cắt thái một đơn vị
diện tích vật thái, sẽ được suy từ công thức tính công suất:
)1(

'
τ
ω
tgfq
dF
dtM
A
ct
+==
(3-5)
Yêu cầu cần thiết đối với việc thiết kế dao thái là phải đạt được công
cắt thái riêng A
r
nhỏ nhất đối với các loại dao thái hoặc A
r
tương đối nhỏ.
Các trị số q, f', và τ có những mối liên hệ phụ thuộc lẫn nhau (Hình
11). Các trị số đó có thể xác định được bằng các dụng cụ thí nghiệm.
Hình 11: Các đồ thị phụ thuộc

a) q = F(τ); b)f
'
= F(tgτ)
Áp suất riêng q được xác định bằng dụng cụ khảo nghiệm da thái, có
sơ đồ nguyên lý trình bày ở hình 12 (do Bộ môn Máy nông nghiệp Trường
ĐHNN 1 thiết kế).
Dụng cụ này cho phép xác định được thành phần P của lực cắt thái R
(theo hướng vận tốc tuyệt đối v của lưỡi dao) ứng với từng trị số góc trượt τ
(τ thay đổi được từ 0
0
khi lưỡi dao lắp nằm ngang , tới 90
0
khi lắp thẳng
đứng).
Sau khi ghi được trị số lực P, ta sẽ tính được lực cắt thái R và thành
phần lực pháp tuyến N, từ đó tính ra áp suất riêng q:
SVTH:Hoàng Thị Hương Giang
17
τ
0
q
0
q, N/cm
a)
f
'
tgτ
min
tgτ
max

tgτ
b)
Chuyên đề môn học: CN & TBBQCBNSTP GVHD:TS. Đinh Vương Hùng
)1(cos.)cos(.
cos
''
'
ττϕτ
ϕ
tgfS
P
S
P
S
N
q
+∆
=
−∆
=
∆
=
(3-6)
Cho τ thay đổi từ 0
0
÷ 90
0
sẽ có các trị số q tương ứng và vẽ được đồ
thị phụ thuộc của q với τ.
Để xác định góc cắt trượt φ

'
ta có thể dùng dụng cụ đo ma sát (do
Goriatskin thiết kế) lắp lưỡi dao khảo nghiệm. (Hình 12b).
SVTH:Hoàng Thị Hương Giang
18
a)
b)
c)
Chuyên đề môn học: CN & TBBQCBNSTP GVHD:TS. Đinh Vương Hùng
Hình 12: Sơ đồ nguyên lý của các dụng cụ thí nghiệm cắt thái bằng lưỡi dao
a- dụng cụ đo lực cắt thái và áp suất riêng
b- dụng cụ đo góc cắt trượt
c- dụng cụ đo công cắt thái (kiểu con lắc)
Thay đổi góc trượt τ từ 0
0
đến 90
0
sẽ đo được các trị số tương ứng của
góc ma sát φ
'
, tức là góc cắt trượt φ
'
(trong trường hợp thí nghiệm đo ma sát
của cạnh sắc lưỡi dao với vật thái M). Từ đó ta sẽ vẽ được đồ thị phụ thuộc
của φ
'
với τ (hoặc f
'
= tg φ
'

với ε = tgτ).
Sau khi đã xác định được các trị số q và f
'
tương ứng với các trị số τ,
ta sẽ tính và vẽ được đồ thị phụ thuộc của công riêng A
r
với góc trượt τ
(Hình 13).
Từ kết quả đó ta có thể xác định được trị số góc trượt τ khi thiết kế bộ
phận dao thái sao cho A
r
là nhỏ nhất (ứng với τ
0
trên hình 13) hoặc A
r
đạt trị
số tương đối nhỏ.
Hình 13: Sự phụ thuộc của công riêng A
r
với góc trượt τ
Năng lượng cắt thái A và công riêng A
r
cũng có thể xác định bằng
dụng cụ con lắc (Hình 12c) là một loại dụng cụ thí nghiệm phổ biến dùng để
xác định năng lượng phá vỡ, làm nhỏ (nghiền, cắt thái).
Năng lượng đo bằng dụng cụ con lắc là năng lượng cắt thái "toàn
phần" A, nghĩa là gồm cả công nén lớp vật thái A
n
và công cắt tháí A
ct

. Sau
khi đo được các đại lượng, ta có:
A = M(h
1
- h
2
) = M.R.(cosα
2
- cosα
1
) (3-7).
SVTH:Hoàng Thị Hương Giang
19
τ
τ
2
τ
0
τ
1
A
min
5% A
min
A
r
, j/cm
2
Chuyên đề môn học: CN & TBBQCBNSTP GVHD:TS. Đinh Vương Hùng
Trong đó: h

1
và α
1
độ cao (m) và góc nghiêng (độ) của vị trí nâng con lắc
ban đầu;
h
2
và α
2
- con lắc sau khi thả xuống và cắt xong;
M - khối lượng các chi tiết dụng cụ (dao, thanh con lắc ) (kg)
R - khoảng cách từ trọng tâm C của con lắc (cả dao) tới trục quay
(m);
Nếu gọi h chiều dày lớp vật thái phải cắt và h
n
là đoạn nén lớp đó do
dao trước khi bắt đầy cắt đứt, thì ta có thể tính lực cắt thái trung bình bằng:
h
A
P
cttb
=
và lực cắt thái tới hạn:
n
ct
th
hh
A
P
−

=
Theo Reznhik: P
ct
≈ (0,4 ÷ 0,8)P
tb
và lực nén ≈ (0,2 ÷ 0,6)P
th
. Dùng
dụng cụ con lắc này có thể thay đổi vận tốc cắt thái v để xét ảnh hưởng của
vận tốc v tới lực cắt thái P
ct
cà công cắt thái A
ct
.
4) Tính toán quá trình cắt thái của dao thái củ quả:
a. Tác dụng của dao thái củ quả: cũng coi như tác dụng của nêm
sắc cắt vật thái. Ta cũng phân biệt hai trường hợp cắt thái: cắt
thái chặt bổ (không trượt) và cắt thái có trượt.
Ở trường hợp cắt thái chặt bổ, lưỡi dao lắp thẳng hàng theo
đường bán kính của đĩa lắp dao ( hay lắp song song theo đường
sinh của trống lắp dao). Trong trường hợp cắt thái có trượt, lưỡi
dao đặt cách tâm quay của đĩa một đoạn p (hay đặt nghiêng một
góc với đường sinh của trống, hoặc dùng loại dao lưỡi cong nào
khác). Trong các máy thái củ quả thường gặp chủ yếu là áp dụng
trường hợp cắt thái chặt bổ. Nhất là khi dùng kiểu lưỡi dao răng
lược thì phải áp dụng nguyên lý cắt thái không trượt mới có thể
thành nhiều lát hẹp được.
Nếu có hiện tượng thái trượt thì các răng lưỡi dao sẽ cùng bóc
thành cả một lát rộng, gần như khi dùng lưỡi dao thẳng liền, không
đạt yêu cầu thái thành những lát sợi hẹp.

b. Sơ đồ quá trình cắt thành lát thái (Hình 14):
Dao thái củ quả có lưỡi cắt thể hiện là một nêm có góc mài a.
Ban đầu, dưới tác động của lực thái P, dao ngập vào vật thái, ép lát
thái vào một đoạn a. Sau đó, khi lực P đạt trị số cần thiết sẽ tác
được một phần lát thái dài l, lớn hơn đoạn ép a Rồi quá trình cứ
lặp lại như vậy.
Đường cắt để bóc lát thái ra thường chưa tới mặ ngoài của lát
thái, nhờ đó lát thái vẫn liền. Độ dài l của mỗi phần lát thái, theo
thực nghiệm, phụ thuộc vào chiều dày lát thái h và góc mài α, còn
SVTH:Hoàng Thị Hương Giang
20
Chuyên đề môn học: CN & TBBQCBNSTP GVHD:TS. Đinh Vương Hùng
hầu như không phụ thuộc vào vận tốc cắt thái và chiều dày của
lưỡi dao. Tăng h và α thì l cũng tăng.
Hình 14: Sơ đồ quá trình tạo thành lát thái.
c. Lực cản cắt thái:
Ta có thể áp dụng công thức Goriatskin để tính lực cản cắt thái
chung P:
P = P
0

+ kbh + εbhv
2
P
0
- lực cản cố định;
k - hệ số biến dạng, tính cho mỗi đơn vị diện tích mặt cắt ngang
của lát thái;
b và h - chiều rộng và chiều dày của lát thái;
ε - hệ số ảnh hưởng của vận tốc;

v - vận tốc cắt thái
Công thức này tương tự với công thức tính lực cản cày đất.
Các số hạng của công thức đã được Novikov G.I nghiên cứu cụ thể
hoá cho trường hợp dao thái củ quả. Số hạng thứ nhất P
0
là lực cản
cố định phụ thuộc chủ yếu vào độ bền cơ học của vật thái, bề dày
của lưỡi dao s (độ sắc), bề dày của lát thái h và góc mài α (phụ
thuộc rất ít).
Để tính P
0
ta có thể dùng công thức:
P
0
= B. ΔS. s
m
. δ
SVTH:Hoàng Thị Hương Giang
21
Chuyên đề môn học: CN & TBBQCBNSTP GVHD:TS. Đinh Vương Hùng
B - hệ số phụ thuộc vào độ bền cơ học của củ quả (đối với khoai
tây B = 6,5; củ cải B = 10,4 )
ΔS - chiều dài đoạn dao thái
m - hệ số mũ (đỗi với khoai tây m = 0,55; củ cải m = 0,53 )
)
2
(cos)5,0026,034,0(
)
2
cos(cos5,0

3
αϕ
α
αϕ
ϕ
δ
+
++
−
==
h
l
a
φ - góc ma sát của vật thái với cạnh dao.
Số hạng thứ hai kbh = P
bd
là lực cản biến dạng của lát thái và ma
sát ở mặt trước mặt sau của lưỡi dao, có thể tính theo công thức
thực nghiệm như sau:
hb
h
k
P
bd

)
2
(cos)5,0026,034,0(
)
2

cos()2sin(2,0
5
3
αϕ
α
αϕ
ϕα
+
++
−
+
=
k
3
- ứng suất cắt giới hạn, có thể tính như sau:
213
2
1
kkk
=
k
1
- ứng suất kéo của củ quả (đối với khoai k
1
= 45 ÷ 85 N/cm
2
)
k
2
- ứng suất nén của củ quả (đối với khoai k

2
= 86 ÷ 104 N/cm
2
)
Số hạng thứ ba εbhv
2
= P
v
là lực cản do ảnh hưởng của vận tốc cắt
thái, có thể tính toán với ε = 0,025
Với v = 0,8m/s P
v
= 0,05kG ≈ 0,5N
v = 3m/s P
v
= 0,63kG ≈ 6,3N
Tóm lại lực cản cắt thái tổng cộng bằng:
P = P
0
+ P
bd
+ P
v
= B. ΔS. s
m
δ + kbh + 0,025bhv
2
Lực cản cắt thái riêng tính cho một đơn vị chiều rộng lát thái b và
cũng là đoạn lưỡi dao ΔS sẽ bằng:
P = P/ΔS = P/b = B. s

m
δ + kh + 0,025hv
2
(N/cm)
d. Tính năng suất lý thuyết của máy thái củ quả:
Công thức tính năng suất chung cho các máy thái củ quả như
sau:
Q = V
t
. n. γ. 60 , t/h
V
t
- thể tích của củ quả do các dao thái được ứng với 1 vòng quay
của đĩa hay trống, m
3
n - số vòng quay của đĩa hay trống trong 1 phút.
γ - khối lượng 1m
3
củ quả đã thái , t/m
3
.
SVTH:Hoàng Thị Hương Giang
22
Chuyên đề môn học: CN & TBBQCBNSTP GVHD:TS. Đinh Vương Hùng
Trị số V
t

phụ thuộc vào: số dao Z, chiều dày lát thái h, hệ số sử
dụng của dao k, hệ số k
1

, tính đến các chỗ trống giữa các củ quả và
có thể coi là tỷ số giữa toàn bộ chiều dài của lưỡi dao với phần
chiều dài lưỡi dao có cắt thực tế, diện tích hữu ích của đĩa dao π(R
2
- r
2
), hay nói cách khác, diện tích do dao vạch ra khi quay 1 vòng,
đối với máy thái kiểu đĩa, R và r là bán kính ở đầu ngoài và đầu
trong của dao. Nếu máy thái củ quả kiểu trống thì diện tích đó là
mặt trụ khai triển 2πrL với L là chiều dài của trống và r là bán kính
của trống.
Vậy đối với máy thái củ liểu đĩa:
V
t
= π (R
2
- r
2
)hkk
1
Z , m
3
Và năng suất:
Q = π (R
2
- r
2
)hkk
1
Zn γ 60 , t/h

Đối với máy thái củ kiểu trống thì ta có:
V
t
= 2r L h k k
1
Z , m
3
Q = 2r L h k k
1
Z n γ 60 , t/h
Chú ý: - hệ số k thường bằng 0,3 ÷ 0,4
- hệ số k
1
có thể tính bằng tỷ số khối lượng thể tích γ của củ
quả và khối lượng riêng γ
'
của nó:
'
1
γ
γ
=
k
, thường
bằng 0,75 ÷ 0,85.
Trường hợp dùng dao lưỡi răng lược thì cứ hai lưỡi dao mới thái
hết một lớp củ dày là h, vì vậy trong các công thức trên
phải thay Z bằng Z/2.
e. Công suất cần thiết:
Công suất cần thiết cho máy thái củ quả dùng để:

• Thái củ quả (N
1
)
• Thắng được ma sát của củ quả với mặt đĩa dao (N
2
)
• Chi phí cho bộ truyền động (N
3
)
• Văng hất các lát thái ra ngoài (N
4
)
Công suất tiêu thụ để thái có thể tinh theo công thức:

1000
1
1
vpLkk
N
=
, kW
p - lực cản cắt thái riêng, N/cm
L - chiều dài lưỡi dao, cm
v - vận tốc cắt thái, m/s
SVTH:Hoàng Thị Hương Giang
23
Chuyên đề môn học: CN & TBBQCBNSTP GVHD:TS. Đinh Vương Hùng
Công suất N
2
để khắc phục ma sát của củ quả vào mặt đĩa

dao có bán kính r và coi như lực ma sát đặt ở điểm cách
tâm quay một đoạn cánh tay đòn là 2r/3. Như vậy:
1000.30
3
2

2
nrfG
N
π
=
, kW
f - hệ số ma sát
G - áp lực của củ quả vào mặt đĩa, có thể tính theo hình 15
như sau:
G = Q sin β. cos β, N
Q - trọng lượng của củ quả trong thùng máy , N
β - góc nghiêng của thành sau thùng với mặt thẳng đứng.
Công suất N
3
tính bằng hiệu suất truyền động η
m
, còn công
suất N
4
thường lấy sơ bộ theo thực nghiệm. Thường
thường ta có:
N
1
+ N

4
≈ 60% N tổng cộng (N
tc
)
N
2
≈ 10 ÷ 15% N
tc
N
3
≈ 25 ÷ 30% N
tc

Hình 15: Áp lực của củ quả vào mặt đĩa dao
SVTH:Hoàng Thị Hương Giang
24
Chuyên đề môn học: CN & TBBQCBNSTP GVHD:TS. Đinh Vương Hùng
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ:
Máy cắt thái là một khâu quan trọng trong dây chuyền chế biến thức
ăn chăn nuôi. Hiện nay các dây chuyền công nghệ , công cụ máy móc phục
vụ trong chuồng trại chăn nuôi rất đa dạng và phong phú. Ở một số nước
phát triển việc cơ điện khí hoá được áp dụng rộng rãi và có công nghệ cao
trong các khâu từ chế biến, vận chuyển thức ăn cho đến thu dọn phân Ở
nước ta, các công cụ máy móc đã và đang được sử dụng rộng rãi ở các cơ sở
chăn nuôi. Tuy nhiên mức độ áp dụng cơ khí hoá đó còn hạn chế vì vậy năng
suất và hiệu quả chăn nuôi chưa cao. Trong những năm tới nước ta cần phải
từng bước cơ khí đồng bộ các khâu cơ bản trong quá trình sản xuất từ chế
biến thức ăn gia súc gia cầm, cung cấp nước uống và nước rửa chuồng trại,
vận chuyển phân phát thức ăn cho vật nuôi, thu dọn phân, chăm sóc vật nuôi
và bảo đảm tiểu khí hậu trong chuồng, vắt sữa (bò), sơ chế và tinh chế sữa,

ấp trứng gia cầm để năng cao năng suất, chất lượng và hiệu quả của quá
trình chăn nuôi.
Do tài liệu còn thiếu, kiến thức của bản thân còn hạn chế nên bài
viết của em còn nhiều sai sót trong nội dung cũng như cách trình bày, kính
mong nhận được sự nhận xét, đánh giá của thầy để bài viết hoàn chỉnh hơn.
Em xin chân thành cảm ơn.
Tài liệu tham khảo:
 Giáo trình "Các thiết bị cơ bản trong chế biến nông sản thức phẩm" -
TS Đinh Vương Hùng
 Giáo trình " Máy phục vụ chăn nuôi" - PGS.PTS Trần Minh Vượng
(Chủ biên).
 Tài liệu thu thập từ Internet.
SVTH:Hoàng Thị Hương Giang
25