Nghiên cứu dao động của máy thu hoạch nghêu

1
MỞ ĐẦU
Nuôi nghêu ở Việt Nam hiện nay đem lại hiệu quả kinh tế rất lớn, làm hồi sinh
nhiều vùng đất ven biển trước đây bị bỏ hoang, tạo việc làm và thu nhập ổn định
cho một bộ phận cư dân nghèo sinh sống ở ven biển, góp phần xóa đói giảm
nghèo và đảm bảo an sinh xã hội.
Tiềm năng và định hướng phát triển của nghề nuôi nghêu được thể hiện rõ qua
quyết định phê duyệt quy hoạch phát triển nuôi nhuyễn thể hàng hóa tập trung
đến năm 2020 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn; trong đó có quy
hoạch vùng nuôi nghêu, sò đến năm 2015 và năm 2020 cho các tỉnh đồng bằng
sông Cửu Long (ĐBSCL) như: Cà Mau, Bạc Liêu, Tiền Giang, Sóc Trăng, Kiên
Giang, Bến Tre và Trà Vinh, với tổng diện tích đến năm 2015 là 28.110 ha và
năm 2020 phát triển lên 35.690 ha.
Quyết định quy hoạch nêu rõ: Đến năm 2015, diện tích nuôi nghêu 15.950 ha,
sản lượng 142.700 tấn, kim ngạch xuất khẩu đạt 114,16 triệu USD; diện tích
nuôi sò 12.160 ha, sản lượng 63.320 tấn, kim ngạch xuất khẩu 73,95 triệu USD.
Đến năm 2020, diện tích nuôi nghêu 20.590 ha, sản lượng 206.300 tấn, kim
ngạch xuất khẩu đạt 198,03 triệu USD; diện tích nuôi sò 15.100 ha, sản lượng
102.688 tấn, kim ngạch xuất khẩu 154,02 triệu USD.
Với diện tích và sản lượng lớn, tăng đều hàng năm như vậy, việc cơ giới hóa
khâu thu hoạch nghêu, mà cụ thể là thiết kế chế tạo máy thu hoạch nghêu đáp
ứng được các yêu cầu kỹ thuật - công nghệ, thay thế cho công việc thu hoạch thủ
công hiện nay là một việc làm cấp thiết, nhằm nâng cao năng suất chất lượng sản
phẩm, giảm chi phí sản xuất, thỏa mãn tối đa tính thời vụ cũng như các yêu cầu
ngày càng cao về giá trị thương phẩm cho tiêu dùng trong nước và xuất khẩu.
2
Để có thể tạo ra một liên hợp máy thu hoạch nghêu với đầy đủ các tính năng
kinh tế - kỹ thuật - công nghệ hoàn chỉnh, đáp ứng tốt các yêu cầu công việc, cần
phải thực hiện đầy đủ nhiều công đoạn từ điều tra phân tích tổng hợp dữ liệu,
tính toán thiết kế đến chế tạo thử nghiệm hoàn thiện máy, liên quan đến đối
tượng tác động (con nghêu), điều kiện làm việc (nền đất), nguồn động lực (máy

kéo) và bộ phận công tác (máy thu hoạch).
Trong khuôn khổ hợp tác nghiên cứu khoa học phục vụ sản xuất giữa Trường
Đại Học Nông nghiệp Hà Nội và Trường Trung cấp nghề cơ điện Đông Nam Bộ
Đồng Nai có đề tài nghiên cứu thiết kế, chế tạo liên hợp máy thu hoạch nghêu.
Một số nội dung chính của đề tài gồm: Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy thu
hoạch nghêu, nghiên cứu khả năng di động của LHM thu hoạch nghêu khi làm
việc trên nền đất yếu (đất bồi ven biển) và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến
tính năng kinh tế - kỹ thuật của liên hợp máy thu hoạch nghêu Các nội dung
nghiên cứu trên là các cơ sở khoa học cần thiết phục vụ cho thiết kế chế tạo
LHM.
Trên cơ sở thực hiện một phần công việc nằm trong đề án thiết kế chế tạo Liên
hợp máy thu hoạch nghêu cho các vùng nuôi nghêu ven biển phía Nam Việt
Nam, trong phạm vi giới hạn và yêu cầu của một luận văn Thạc sỹ kỹ thuật cơ
khí, tác giả đề xuất đề tài: “Nghiên cứu dao động của máy thu hoạch nghêu”.
3
Mục tiêu cụ thể:
Xây dựng mô hình mô phỏng dao động của máy thu hoạch nghêu, thay thế
cho mô hình thực để khảo sát đánh giá các kết quả tính toán kết cấu, nhằm thiết
kế bộ phận làm việc máy thu hoạch nghêu có kết cấu hợp lý, bền vững, đảm bảo
các yêu cầu kỹ thuật (năng suất, chất lượng)
Nội dung nghiên cứu đề tài:
- Xây dựng mô hình tồng quát của LHM thu hoạch nghêu.
- Xây dựng mô hình nghiên cứu dao động của máy và các phần tử trong mô
hình dao động.
- Khảo sát chuyển vị điểm treo trước và sau của khung máy; góc lắc dọc và
chuyển vị trọng tâm của máy khi chịu kích thích:
+ Dạng hàm ngẫu nhiên.
+ Dạng hàm điều hòa.
+ Dạng hàm bậc.
- Khảo sát sự phân bố lại trọng lượng đến dao động máy.

Tính mới của đề tài:
Máy thu hoạch nghêu được nghiên cứu với tính năng mới là làm giảm cường
độ lao động của con người, giảm chi phí trong khâu thu hoạch nghêu và lượng
công nhân thực hiện thu hoạch nghêu nhưng vẫn đảm bảo được chất lượng của
con nghêu khi thu hoạch cũng như tăng năng suất lao động.
Tính khoa học của đề tài:
4
Đề tài phát triển các vấn đề khoa học mới cả về lý luận và thực tiễn trong
việc cơ giới hóa khâu thu hoạch Nghêu.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
Đề tài góp phần cơ giới hóa khâu thu hoạch nghêu theo hướng nâng cao
hiệu quả kinh tế, kỹ thuật, đảm bảo tính thời vụ trong khâu thu hoạch nghêu,
giảm chi phí trong khâu thu hoạch nhưng vẫn đảm bảo chất lượng của con nghêu
sau thu hoạc.
5
Chương 1
TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Đặc điểm tự nhiên và tình hình phát triển chăn nuôi nghêu khu vực
phía Nam Việt Nam
1.1.1. Đặc điểm tự nhiên
1.1.1.1. Đặc điểm địa hình
Nam Bộ có địa hình tương đối thấp và bằng phẳng, địa hình bao gồm phần
đất bằng xen kẽ những vùng trũng và các giồng cát. Địa hình của các tỉnh hầu
như có dạng thoải, dốc thấp dần vào phía trong, từ biển Đông thấp dần vào đất
liền với những giồng đất ven sông, biển.
Dựa vào địa hình của khu vực này có thể chia thành 3 vùng như sau:
- Vùng địa hình thấp, vùng trũng: Thường bị ngập dài vào mùa mưa.
- Vùng địa hình cao ven sông và ven biển, cao từ 1,2 – 2 m, là những giồng
cát cao đến 2m.
- Vùng địa hình trung bình: Gồm có các khu vực thuộc thành phố và một số

khu vực thuộc các huyện.
Với địa hình thấp, bị phân cắt nhiều bởi hệ thống các sông rạch và kênh
mương thủy lợi, lại tiếp giáp với biển cho nên dễ bị nước biển xâm nhập (nhiễm
mặn), nhất là vào mùa khô.
1.1.1.2. Đặc điểm địa chất, thổ nhưỡng
a) Địa chất
Địa chất ở phía Nam Việt Nam nói chung được hình thành bởi các loại
trầm tích nằm trên nền đá gốc Mezoic xuất hiện từ độ sâu gần mặt đất ở phía Bắc
6
đồng bằng cho đến độ sâu khoảng 1.000 m ở gần bờ biển. Các dạng trầm tích có
thể chia thành những tầng chính sau:
- Tầng Holocene: Nằm trên mặt, thuộc loại trầm tích trẻ, bao gồm sét
và cát. Thành phần hạt từ mịn tới trung bình.
- Tầng Pleistocene: Có chứa cát sỏi lẫn sét, bùn với trầm tích biển.
- Tầng Pliocene: Có chứa sét lẫn cát hạt trung bình.
- Tầng Miocene: Có chứa sét và cát hạt trung bình.
b) Thổ nhưỡng
Theo kết quả nghiên cứu cho thấy, đất ở khu vực phía Nam Việt Nam gồm
6 nhóm chính:
- Đất cát;
- Đất phù sa;
- Đất gley;
- Đất mặn;
- Đất phèn;
- Đất nhân tác.
Đất đai ở khu vực này thuộc loại trầm tích hỗn hợp sông biển, có hàm
lượng sét cao, chứa nhiều chất hữu cơ. Do nằm trong vùng ảnh hưởng mặn, có
nhiều vùng trũng, khó tiêu thoát, nên phần lớn đất đai bị nhiễm mặn và chua
phèn. Diện tích đất mặn và phèn không những ảnh hưởng đến việc phát triển sản
xuất nông nghiệp, mà còn ảnh hưởng đến nguồn nước sử dụng cho tưới tiêu cũng

như cung cấp cho ăn uống và sinh hoạt (đất phèn hoạt động và đất phèn tiềm
tàng là nguồn gốc gây ra nước chua), đặc biệt là thời kỳ đầu mùa mưa.
7
1.1.1.3. Đặc điểm chế độ thủy lợi
Sông rạch ở khu vực phía Nam Việt Nam và đặc biệt là ở đồng bằng sông
Cửu Long đa phần thuộc vùng ảnh hưởng của chế độ bán nhật triều.
Nguồn nước trên hệ thống sông rạch là kết quả của sự pha trộn giữa lượng
mưa tại chỗ, nước biển và nước thượng nguồn sông ở các con sông đổ về. Dòng
chảy ở các cửa sông khá mạnh vào mùa mưa, ảnh hưởng ra xa quá 4 hải lý. Dòng
tổng hợp ven bờ khoảng 1m/s. Dòng hải lý theo mùa và dòng chảy theo hướng
Tây – Nam là chủ yếu trong mùa khô và theo hướng Đông – Bắc trong mùa mưa.
Do ảnh hưởng bởi dòng thủy triều và hải triều nên nước trên sông trong
năm có thời gian bị nhiễm mặn vào mùa khô, vào mùa mưa nước sông được ngọt
hóa, có thể sử dụng cho tưới nông nghiệp. Phần sông rạch giáp biển bị nhiễm
mặn quanh năm, do đó không thể phục vụ tưới cho nông nghiệp, nhưng bù lại
nguồn nước mặn, nước lợ ở đây lại tạo thuận lợi trong việc nuôi trồng thủy sản
nói chung và đặc biệt là nuôi Nghêu nói riêng.
1.1.1.4. Đặc trưng khí hậu
Khí hậu ở khu vực phía Nam Việt Nam có đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió
mùa cận xích đạo và chia làm hai mùa rõ rệt. Mùa mưa bắt đầu từ tháng 5 đến
tháng 11. Mùa khô bắt đầu từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau.
a) Nắng
Tổng lượng bức xạ trung bình trong năm tương đối cao, đạt 140 – 150
kcal/cm
2
. Tổng giờ nắng bình quân trong năm 2.292,7 giờ (khoảng 6,28
giờ/ngày), cao nhất thường vào tháng 3 là 282,3 giờ, thấp nhất thường vào tháng
9 là 141,5 giờ.
8
b) Mưa

Lượng mưa trung bình hàng năm là 1.660 – 2.230 mm, chênh lệch lớn theo
mùa, mùa mưa chiếm 90% tổng lượng mưa, mùa khô rất ít, có tháng không mưa.
a) Độ ẩm:
Độ ẩm trung bình cả năm là 84% (cao nhất 89% vào mùa mưa, thấp nhất
75% vào mùa khô).
c) Gió
Nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, có các hướng gió chính như
sau: Tây, Tây Nam, Đông Bắc, Đông Nam và gió được chia làm hai mùa rõ rệt là
gió mùa Đông Bắc và gió mùa Tây Nam. Mùa mưa chịu ảnh hưởng của gió mùa
Tây Nam là chủ yếu; còn mùa khô chịu ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc là chủ
yếu với tốc độ gió trung bình là 1,77m/s.
d) Các yếu tố khác
Đồng bằng sông Cửu Long nằm trong khu vực rất ít gặp bão. Những năm
gần đây, lốc thường xảy ra ở một số tỉnh như Sóc Trăng, Cà Mau, Bạc Liêu
Lốc tuy nhỏ nhưng cũng gây ảnh hưởng đến sản xuất và đời sống của nhân dân.
1.1.1.5. Đặc điểm sinh sống và phát triển
Nghêu thích sống ở bãi triều trên vùng biển cạn. Chất đáy nơi nghêu phân
bố là cát pha bùn, tỷ lệ cát thích hợp là 60 - 70%.
Nghêu sinh trưởng theo mùa, đặc biệt là vào mùa mưa, chất hữu cơ từ các
cửa sông đổ ra nhiều, nghêu mau lớn, sinh trưởng nhanh. Đây là loài sinh sản
quanh năm, nhưng tập trung vào tháng 1 - 2 và tháng 7-8. Tỷ lệ đực cái trung
9
bình 1:1,5. Đẻ trung bình 5 triệu trứng/cá thể. Nghêu là động vật ăn lọc, không
có khả năng chủ động săn mồi và chọn lọc thức ăn.
Khi nghêu tăng trưởng, khối lượng thịt tăng chậm hơn so với vỏ. Cứ 100 kg
nghêu cỡ 35–37 mm (45-50 con/kg), ta thu được 7,7-8,3 kg thịt; nhưng với
100 kg nghêu to cỡ 49–50 mm (19-21 con/kg) thì chỉ thu được 6,7-7,3 kg thịt.
1.1.2. Tình hình phát triển chăn nuôi Nghêu khu vực phía Nam Việt Nam
Theo Quy hoạch phát triển nuôi nhuyễn thể hàng hóa tập trung đến năm
2020 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, đến năm 2015 diện tích nuôi

nghêu, sò của các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long là 28.110 ha và năm 2020 phát
triển lên 35.690 ha.
Cụ thể, đến năm 2015 diện tích nuôi nghêu là 15.950 ha, sản lượng 142.700
tấn, kim ngạch xuất khẩu đạt 114,16 triệu USD; diện tích nuôi sò 12.160 ha, sản
lượng 63.320 tấn, kim ngạch xuất khẩu 73,95 triệu USD. Đến năm 2020, diện
tích nuôi nghêu 20.590 ha, sản lượng 206.300 tấn, kim ngạch xuất khẩu đạt
198,03 triệu USD; diện tích nuôi sò 15.100 ha, sản lượng 102.688 tấn, kim ngạch
xuất khẩu 154,02 triệu USD.
Để đạt các mục tiêu trên, nhiều chương trình, dự án sẽ được Bộ Nông
nghiệp và Phát triển nông thôn ưu tiên đầu tư, cụ thể như: vùng nuôi nghêu, sò
tập trung các huyện Châu Thành, Cầu Ngang và Duyên Hải (Trà Vinh); các vùng
nuôi tập trung huyện Gò Công Đông, Tân Phú Đông (Tiền Giang); các vùng
nuôi tập trung huyện Ba Tri, Bình Đại (Bến Tre); các vùng nuôi tập trung huyện
Vĩnh Châu, Long Phú, Cù Lao Dung (Sóc Trăng), Đồng thời đầu tư phát triển hạ
tầng vùng sản xuất giống nhuyễn thể tập trung ở tỉnh Bến Tre và Khu sản xuất
nhuyễn thể tập trung Kiên Lương (Kiên Giang)
10
1.2 Thu hoạch nghêu và nhu cầu cơ giới hóa khâu thu hoạch
Một trong những công việc tốn nhiều sức lao động nhất trong quá trình nuôi
Ngao (Nghêu) là khâu thu hoạch.
Nên thu hoạch nghêu lúc đạt kích cỡ vừa, sau 8-10 tháng nuôi. Chọn thu
hoạch vào lúc cuối mùa mưa, là lúc nghêu mập, nặng ký, ngon. Tiến hành thu
hoạch vào lúc triều rút, lúc chúng đã được ăn no và thải ra các thức ăn thừa thãi,
chỉ giữ lại nước nên thịt nghêu sẽ rất sạch (ngược lại, lúc triều lên, nghêu thường
ngậm cát, bùn).
Điều kiện thực hiện thu hoạch và các phương pháp thực hiện thu hoạch
Nghêu tại các vùng nuôi Nghêu ở nước ta là phương pháp thu hoạch thủ công
đang thịnh hành.
Việc thu hoạch Nghêu được thực hiện khi nước thủy triều xuống.
Hình 1.1 Khu vực nuôi Nghêu khi nước thủy triều xuống

11
Hình 1.2 Khu vực nuôi Nghêu khi nước thủy triều lên.
Khi nước thủy triều xuống, việc thu hoạch nghêu được thực hiện thủ công
theo phương pháp cào và nhặt bằng tay.
12
13
Hình 1.3 Thu hoạch Nghêu khi nước thủy triều xuống
Ngoài việc thực hiện thu hoạch nghêu theo cách thủ công như hiện nay,
việc thực hiện thu hoạch thu hoạch Nghêu cũng được thực hiện bằng máy phun
nước với áp suất cao dồn cát và nghêu vào dải lưới chặn cách chừng 1,5 đến 2
mét, cát lọt qua lưới, nghêu các kích cỡ được lưới giữ lại.
Việc thực hiện thu hoạch bằng phun nước với áp suất cao cũng đạt được
năng suất cao hơn so với việc thu hoạch thủ công nhưng nghêu được khai thác
không đảm bảo do bị ngậm cát vì khi thu hoạch, vòi phun với áp suất cao làm cát
lọt vào trong miệng của nghêu nên khi ăn nghêu sẽ lẫn cát
Hình 1.4 Thu hoạch Nghêu bằng máy phun nước với áp lực cao
14
Nhu cầu cơ giới hóa khâu thu hoạch nghêu chỉ mới xuất hiện khi hình thành
các vùng chăn nuôi nghêu tập trung, con nghêu trở thành hàng hóa cho tiêu dùng
trong nước và xuất khẩu với yêu cầu ngày càng tăng về năng suất và chất lượng.
Hiện tại chưa có máy thu hoạch nghêu để đáp ứng yêu cầu của sản xuất nên
các nghiên cứu có liên quan đến liên hợp máy thu hoạch nghêu là cần thiết và có
ý nghĩa thực tiễn nhằm tạo ra một hệ thống máy phù hợp, đáp ứng được các yêu
cầu sản xuất khâu thu hoạch nghêu.
1.3 Đặc điểm, tính chất cơ lý của đất vùng nuôi nghêu
1.3.1. Tính liên kết của đất
Tính liên kết của đất là sự dính kết giữa các phần tử đất với nhau những
loại đất có tính liên kết lớn thường tạo thành trong đất những kiểu kết cấu tảng
cục lớn.
Ðơn vị đo tính liên kết của đất được xác định bằng lực ấn vào đất.

Những yếu tố ảnh hưởng đến tính liên kết của đất là: thành phần cơ giới, độ
ẩm đất, cấu trúc của đất, hàm lượng mùn và thành phần cation hấp phụ trong đất.
Ðất có thành phần cơ giới nặng do chứa nhiều sét nên tính liên kết của
chúng rất lớn, ngược lại đất có thành phần cơ giới nhẹ như đất cát, do có tỷ lệ
các hạt cát cao nên có tính liên kết kém. Ðộ ẩm đất chi phối đến khả năng liên
kết của đất, ở những loại đất có tính liên kết lớn như đất sét nếu đất càng khô thì
tính liên kết của đất thể hiện càng mạnh. Hàm lượng mùn cao trong đất có tác
động dung hòa rất tốt đến tính liên kết của một số loại đất có kết cấu kém hoặc
không có kết cấu như đất cát và đất sét nặng. Ngoài ra thành phần cation hấp phụ
trong đất cũng là yếu tố ảnh hưởng đến tính liên kết của đất, ví dụ: Ðất mặn do
hấp phụ nhiều cation Na
+
đã tạo cho đất sức liên kết lớn khi khô do đó đã làm
15
loại đất này thường bị chai cứng khi khô hạn nhưng tính liên kết này cũng dễ
dàng bị mất đi khi đất bão hòa nước.
Tính liên kết của đất ảnh hưởng rất lớn đến việc làm đất và áp dụng các
biện pháp canh tác. Ðất có kết cấu tốt (như dạng kết cấu viên) lực liên kết giữa
các hạt đất không lớn, do đó rất dễ cày, bừa và xới xáo. Ngược lại ở những đất
loại đất sét có kết cấu tảng lớn thì việc làm đất rất khó khăn, đặc biệt là khi đất bị
khô vừa phải cày bừa và vừa phải đập cho đất vỡ vụn ra.
1.3.2. Tính dính của đất
Tính dính của đất là khả năng kết dính của đất với những vật tiếp xúc với chúng.
Tính dính của đất thường làm tăng lực cản đối với các công cụ làm đất như cày bừa,
những máy móc và công cụ phay, đập đất Do vậy, đất có tính dính càng cao thì
việc làm đất càng khó khăn và càng đòi hỏi phải tiêu tốn nhiều năng lượng cho
việc làm đất.
Giống như tính liên kết của đất, tính dính phụ thuộc thành phần các cấp hạt
trong đất, kết cấu và độ ẩm đất. Những loại đất có tỷ lệ các cấp hạt sét cao với
các thành phần khoáng sét càng cao thì tính dính của chúng càng lớn. Ngược lại

với tỷ lệ sét, khi đất có hàm lượng mùn càng lớn thì càng làm giảm tính dính của
đất. Hầu hết đất bắt đầu có tính dính cao khi độ ẩm trong đất đạt 60 - 80% độ trữ
ẩm cực đại.
Ðộ dính được đo bằng lực cần thiết để làm dứt rời, tách phần tiếp xúc của
đất ra khỏi đĩa, chúng được xác định bằng công thức sau:
r = P / S
Trong đó: r - độ dính (G/cm
2
);
16
P - lực hao tổn để làm rơi phần đất tiếp xúc với đĩa (G);
S - diện tích của đĩa kim loại (cm
2
).
1.3.3. Khả năng chống nén của đất
Để nghiên cứu khả năng chống nén của đất thường người ta sử dụng thiết bị
chuẩn để ép đầu đo vào trong đất.
Quan hệ giữa ứng suất pháp tuyến
σ
và biến dạng h [*][**] trong quá trình
nén được thể hiện trong hình 1.5. Đồ thị này có tên gọi là đặc tính nén của đất
hay đường cong nén đất. Đặc tính nén của đất có thể chia thành 3 phần tương
ứng với ba giai đoạn của quá trình nén đất. Trong giai đoạn thứ nhất chỉ xảy
ra sự nén chặt làm cho các phần tử đất xích lại gần nhau, quan hệ giữa ứng
suất và độ biến dạng là tuyến tính. Trong giai đoạn thứ hai sự nén chặt đất vẫn
tiếp tục xảy ra nhưng đồng thời xuất hiện cục bộ hiện tượng cắt đất ở một số
vùng bao quanh khối đất. Khi đó ứng suất lớn hơn lực nội ma sát và lực dính
giữa các hạt đất, do đó biến dạng sẽ tăng nhanh hơn so với sự tăng ứng suất và
quan hệ giữa chúng là phi tuyến. Cuối giai đoạn hai ứng suất trên toàn bộ
vùng bao quanh khối đất lớn hơn nội lực ma sát và lực dính giữa các phần tử

đất, quá trình nén chặt đất kết thúc và bắt đầu xảy ra hiện tượng trượt hoàn
toàn giữa khối đất và vùng đất bao quanh nó và ứng suất pháp tuyến đạt giá trị
cực đại. Trong giai đoạn thứ ba chỉ xảy ra hiện tượng truợt của khối đất, ứng
suất không tăng nhưng biến dạng vẫn tiếp tục tăng. Ở một số loại đất trong
giai đoạn này ứng suất còn giảm xuống chút ít.
Sự xuất hiện ứng suất pháp tuyến trong đất là do tác động của ngoại lực
(lực nén). Khi tăng lực nén sẽ làm tăng ứng suất cho đến khi đạt đến ứng suất
cực đại, sau đó dù có tăng lực nén ứng suất không tăng nữa. Do đó ứng suất
17
cực đại σ
max
sẽ đặc trưng cho khả năng chống nén của đất. Giá trị cực đại
max
σ
và độ sâu h
*
phụ thuộc vào loại đất và trạng thái vật lý của nó. Do vậy
max
σ
thường được sử dụng để đánh giá khả năng chống nén và khả năng mang tải của
đất.
Sự biến dạng của đất theo phương pháp tuyến liên quan đến độ lún sâu
của vết dải xích và do đó ảnh hưởng đến lực cản lăn của máy. Vì vậy đường
đặc tính nén đất được sử dụng như một cơ sở khoa học để tính toán thiết kế hệ
thống di động của máy thu hoạch nghêu.
Khi chỉ nghiên cứu vùng quan hệ tuyến tính có thể sử dụng công thức đơn
giản nhất:
,hk
σ
=

(1 – 1)
Trong đó:
k – hệ số biến dạng thể tích (N/m
3
) phụ thuộc vào tính chất cơ lý của đất.
h – Độ biến dạng của đất (m).
Để mô tả toàn bộ đường cong, M.G Becker đã đề suất hàm số mũ:
Hình 1.5 Đặc tính nén của đất
h
h*
σ
σ
0
σ
max
I
II
III
0
18
0
,
n
k
k h
b
ϕ
σ
 
= +

 ÷
 
(1 – 2)
Trong đó:
0
k
– Hệ số bám, N/m
1+n
.
b – đường kính đầu đo, m.
k
ϕ
– Hệ số ma sát trong của đất, N/m
1+n
;
n – Chỉ số mũ.
h – Độ biến dạng của đất, m
Theo V.V Kasưghin, đường cong nén đất được mô tả theo hàm tang
Hypecpolic sẽ phù hợp với thực tế hơn, cụ thể ông đã đề suất công thức:
0
0
k
th h
σ σ
σ
=
(1 – 3)
Trong đó:
0
σ

– là ứng suất giới hạn của đất khi nén bằng đầu đo, Pa.
k – hệ số biến dạng thể tích, N/m
3
;
h – độ biến dạng của đất.
Công thức (1 – 3) là công thức tổng quát của các công thức (1 – 1) và công
thức (1 – 2). Thực tế ta khai triển hàm hypecpolic (1 – 3) theo dạng chuỗi và chỉ
lấy số hạng thứ nhất sẽ nhận được công thức (1 – 1), sau đó sử dụng một vài
phép biến đổi sẽ nhận được công thức (1 – 2).
1.3.4. Khả năng chống cắt của đất
Các yếu tố cơ bản để tạo ra lực chống cắt của đất là các thành phần lực liên
kết phần tử và lực liên kết do sức căng của bề mặt và lực nội ma sát trong đất.
19
Trong quá trình cắt đất theo phương ngang xảy ra sự biến dạng và xuất hiện
các ứng suất tiếp tuyến. Thực nghiệm cho thấy rằng, mối quan hệ giữa biến dạng
δ
và ứng suất
τ
có dạng như đồ thị trên hình 1.6.
Đối với đất chặt, ứng suất cắt cực đại
max
τ
và
0
δ
, sau đó giảm dần đến một
giá trị tới hạn nào đó
1
δ
τ

rồi xảy ra trượt hoàn toàn (đường 1). Đối với đất xốp
thì ứng suất cắt
τ
tăng dần tới giá trị cực đại
max 2
τ
rồi xảy ra hiện tượng trượt
hoàn toàn, nghĩa là giá trị tới hạn bằng giá trị cực đại
2
δ
τ
=
max 2
τ
(đường 2).
Khả năng chống cắt của đất được đặc trưng bởi ứng suất tới hạn của nó. Giá
trị ứng suất tới hạn
δ
τ
phụ thuộc vào loại đất và ứng suất pháp tuyến
τ
.
Trên hình 1.7a thể hiện đặc tính cắt đất rời khi thay đổi các giá trị ứng suất
pháp khác nhau. Với áp suất ngoài càng lớn thì ứng suất giới hạn
δ
τ
cũng càng
lớn. Quan hệ giữa ứng suất cắt
δ
τ

và ứng suất pháp
σ
là tuyến tính, thể hiện trên
hình 1.7b và được biểu diễn bởi công thức:
tg
δ
τ σ ϕ
=
. (1 – 4)
Trong đó:
ϕ
- Góc ma sát của đất.
Hình 1.6 Đặc tính cắt của đất
1 - Đất chặt; 2 - Đất xốp
1
2
τ
τ
max1
τ
max2
= τ
δ2
τ
max1
τ
δ1
τ
max
1

δ
τ
m
ax1
δ
0
τ
max1
0
τ
m
ax1
20
Đối với đất dính, quan hệ giữa ứng suất giới hạn và ứng suất pháp có dạng
như hình 1.7c và mối quan hệ đó được thể hiện bằng công thức:
0
tg
δ
τ τ σ ϕ
= +
, (1 – 5)
Trong đó:
0
τ
- Ứng suất cắt do lực dính gây ra.
Trong thực tế, điều kiện làm việc của máy kéo thường chuyển động trên các
loại đất tự nhiên. Quá trình tương tác giữa hệ thống di động xích (xích hoặc bánh
xe) với nền đất xảy ra phức tạp hơn. Các mấu bám cắt đất theo 3 mặt: mặt đáy,
và 2 mặt cạch. Quan hệ giữa lực cắt T và tải trọng pháp tuyến N có dạng như
hình 1.8. Quá trình cắt đất có thể mô hình hóa như hình 1.9.

a) b)
c)
Hình 1.7 Ảnh hưởng của tải trọng pháp
tuyến đến khả năng chống cắt của đất
a) Quan hệ giữa ứng suất tiếp τ và
chuyển vị ∆ (1, 2, 3 với ba mức ứng
suất pháp tăng dần).
b) Quan hệ giữa ứng suất tiếp τ
δ
và
chuyển vị σ khi cắt đất rời.
c) Quan hệ giữa ứng suất tiếp τ
δ
và
chuyển vị σ khi cắt đất dính.
τ
∆
τ
max
1
0
τ
ma
x1
1
τ
ma
x1
2
τ

ma
x1
3
τ
ma
x1
τ
δ
σ
τ
max
1
0
τ
ma
x1
τ
δ
= σtgφ
τ
max1
φ
τ
δ
σ
τ
max
1
0
τ

ma
x1
τ
δ
= τ
0
+σtgφ
τ
max1
φ
τ
0
21
Lực chống cắt của đất biểu thị qua công thức :
T = T
0
+ Ntg
ϕ
(1 – 6)
Trong đó : T
0
– Lực dính.
N – Tải trọng pháp tuyến.
ϕ
- Góc ma sát trong.
Nếu chúng ta ký hiệu lực ma sát nghỉ là T
n
= T
max
và f

n
là hệ số ma sát nghỉ
thì ta có thể xác định chúng theo công thức sau :
T
n
= f
n
N ; f
n
=
0
T
tg
N
ϕ
+
;
Hình 1.9 Ứng suất sinh ra trong đất
do tác dụng của mẫu bám bánh xe
v
τ
c
τ
c
τ
p
h
b
∆
Hình 1.8 Sự phụ thuộc lực cắt đất T

vào tải trọng pháp tuyến N
T
N
τ
ma
x1
0
τ
ma
x1

τ
ma
x1
T
0
τ
ma
x1
φ
τ
ma
x1
a
τ
ma
x1
22
Chia lực T
0

và N cho diện tích tiếp xúc A ta nhận được :
0
0
T
A
τ
=
- Là ứng suất chống cắt do lực dính tạo ra.
N
p
A
=
- Áp suất do tải pháp tuyến N gây ra.
Khi đó hệ số ma sát nghỉ có thể tính theo công thức:
f
n
=
0
tg
N
τ
ϕ
+
(1 – 7)
Qua công thức (1 – 7) ta thấy hệ số ma sát nghỉ phụ thuộc vào áp suất p (với
sự tăng p làm giảm f
n
). Đôi khi người ta còn gọi hệ số ma sát nghỉ là hệ số ma sát
nằm ngoài nhằm phân biệt ma sát trong f =
tg

ϕ
(trong đó
ϕ
là góc ma sát
trong).
Khi ngoại lực tác dụng lên đất bằng hoặc lớn hơn ma sát nghỉ thì sẽ xảy ra
sự trượt tương đối với nhau giữa các phần tử đất. Khi đó lực chống cắt sẽ được
tính theo lực ma sát trượt:

T f N
δ δ
=

Trong đó :
f
δ
- hệ số ma sát trượt.
Đôi khi hệ số ma sát trượt còn được gọi là hệ số ma sát trong. Hệ số này
phụ thuộc vào áp suất ngoài p. Thực nghiệm cho thấy rằng sự phụ thuộc của các
hệ số ma sát vào áp suất p có dạng như hình 1.10.
f
n
, f
δ
p
τ
ma
x1
0
τ

ma
x1
f
n
f
δ
Hình 1.10 Sự phụ thuộc của hệ số ma sát nghỉ f
n

và hệ số ma sát trượt f
δ
vào áp suất p
23
Quan hệ giữa ứng suất cắt
τ
và độ biến dạng
Δ
cũng tương tự như thí
nghiệm cắt đất trong hộp kín.
Mô tả toán học đường cong cắt đất.
Để mô tả đường cong cắt đất, M.G Becker [*] đề xuất áp dụng dao động
điều hòa có dạng:
1 2
1 2
t t
X B e B e
α α
− −
= +
Trong đó:

1 1 2 2
, , ,B B
α α
- Các hệ số đặc trưng quá trình dao động.
Hình 1.11 Sự phụ thuộc ứng suất
cắt vào biến dạng
1 - Đất chặt; 2- Đất dẻo
1
2
τ
τ
max
= τ
n
τ
max2
= τ
δ2
τ
max1
τ
δ
τ
max
1
∆
τ
m
ax1
∆

0
τ
max1
0
τ
m
ax1
τ
δ
σ
τ
m
ax1
τ
0
τ
max
1
0
τ
m
ax1
τ
c
= τ
0
+ σf
δ
=
τ

max1
Hình 1.12 Sự phụ thuộc ứng suất cắt
giới hạn τ
δ
và ứng suất pháp σ
24
M.G. Becker đã biến đổi phương trình trên để mô tả quan hệ giữa ứng suất
τ
và biến dạng
Δ
nhận được:
( )
(
)
(
)
{ }
2 2
0 2 2 1 2 2 1
exp 1 exp 1ptg k k k k k k
τ τ ϕ
   
= + − + − − − − −
   
   
Δ Δ
; (1 – 8)
Trong đó:
k
1

, k
2
– Các hệ số thực nghiệm xác định quá trình trượt của máy kéo xích;
∆ - Biến dạng của đất theo phương ngược với chuyển động của máy.
Công thức trên không được thực tế chấp nhận vì nó tồn tại một số nhược
điểm là công thức quá phức tạp và khó xác định được các hệ số thực nghiệm.
Ngoài ra, ý nghĩa của các hệ số này là không thực tế. Ví dụ, khi độ biến dạng đủ
lớn thì ứng suất giảm rất nhanh, khi k
2
>1, ∆  ∞ thì ứng suất cắt dần tới 0 (
τ

0). Điều đó không phù hợp với quy luật thực tế.
Trên cơ sở phân tích lý thuyết về biến dạng dẻo và giới hạn chảy của đất,
ông G.I. Pokpovski (người Nga) đã đề xuất công thức:
2 4
1
1 3
c c
c e c e
τ
  
 ÷ ÷
 ÷ ÷
  
∆ ∆
= + −
(1 – 9)
Trong đó: c
1

, c
2
, c
3
, c
4
– Các hệ số thực nghiệm.
Phân tích công thức này có thể rút ra một số nhật xét:
Khi biến dạng ∆ đủ lớn, ứng suất cắt τ dần đến giá trị hằng số. Quá trình cắt
đất có thể chia thành 2 giai đoạn (2 pha): Trong giai đoạn đầu ứng suất và biến
dạng cùng tăng vì
0
τ
∂
>
∂∆
, còn giai đoạn thứ hai ứng suất giảm dần vì
0
τ
∂
<
∂∆
. Giá
25
trị giới hạn của hàm này tương ứng với quá trình cắt trượt của đất. Hàm này sẽ
có giá trị cực đại t
max
và chính là lực ma sát nghỉ.
Theo tính chất của hàm trên cho thấy bản chất về toán học và vật lý không
mẫu thuẫn nhau và tương đối phù hợp với các số liệu thực nghiệm.

1.3.5. Sức cản của đất
Khi chuẩn bị đất canh tác cần phải tiến hành cày, bừa, phay đất cho tơi nhỏ
nhằm tạo ra kết cấu đất thích hợp cho cây trồng. Ðể làm được các công việc trên,
các công cụ làm đất phải tạo ra được những lực cần thiết để thắng sức cản của
đất và lực này được đặc trưng bởi lực cản riêng của đất. Lực cản riêng của đất là
lực cần để cắt mảnh đất có tiết diện ngang là 1cm
2
và được biểu thị là kg/cm
2
.
Việc nghiên cứu sức cản của đất để nhằm mục đích giảm chi phí và nâng
cao chất lượng làm đất. Sức cản (P) có thể đo bằng lực kế lắp sau máy kéo.
P = k.a.b
Trong đó: k - Hệ số chỉ sức cản riêng của từng loại đất, cụ thể:
Đất cát 0,2 - 0,3 kg/cm
2
, đất thịt 0,6 kg/cm
2
, đất sét 0,9 kg/cm
2
.
a - Chiều sâu làm việc (cm).
b - Chiều rộng hoạt động (cm).
Có nhiều yếu tố chi phối và ảnh hưởng đến lực cản riêng của đất như:
Thành phần cấp hạt, độ ẩm, hàm lượng mùn và kết cấu đất Về ảnh hưởng của
thành phần cơ giới được thể hiện qua hệ số chỉ sức cản riêng của các loại đất cát,
thịt, sét Ðộ ẩm đối với sức cản của đất được thể hiện đất ở trạng thái khô hay
ướt, đất khô có lực cản lớn hơn nhiều so với đất ướt. Ðất có kết cấu thích hợp ở
dạng viên thường có sức cản giảm so với đất có kết cấu dạng tảng. Ngoài ra các