THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ KHẢO NGHIỆM THIẾT BỊ ĐO ÁP SUẤT CẮT THÁI

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ KHẢO NGHIỆM
THIẾT BỊ ĐO ÁP SUẤT CẮT THÁI

Tác giả:

HUỲNH THỊ THÚY HẰNG

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư ngành
Cơ khí chế biến và bảo quản nông sản thực phẩm.

Giáo viên hướng dẫn:
TS. Nguyễn Như Nam

Tháng 6/2013

i


LỜI CẢM ƠN
Khóa luận tốt nghiệp là bước cuối cùng đánh dấu sự trưởng thành của một sinh
viên tại giảng đường Đại học. Trong quá trình làm đề tài em đã nhận được nhiều sự giúp
đỡ từ thầy cô và bạn bè.
Trước hết em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến toàn thể Quý thầy cô khoa
Cơ khí – Công nghệ trường ĐH Nông Lâm TP.HCM, đã dạy dỗ, truyền đạt những kiến
thức quý báu cho em trong suốt bốn năm học tập và rèn luyện tại trường. Em xin gửi lời
cảm ơn đến thầy T.S Nguyễn Như Nam – người đã tận tình hướng dẫn em thực hiện đề tài
này.
Em xin gửi lời cảm ơn đến các bạn lớp DH09CC đã góp ý và chia sẻ với em nhiều
kiến thức quý giá.
Với vốn kiến thức còn hạn hẹp của bản thân và thời gian làm đề tài có hạn nên
không thể tránh khỏi những sai sót. Em rất mong nhận những ý kiến đóng góp và phê

bình của thầy cô. Đó sẽ là hành trang quý giá giúp em hoàn thiện kiến thức của mình sau
này.

ii


TÓM TẮT

Đề tài nghiên cứu: “ Thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm thiết bị đo áp suất cắt thái”
được tiến hành tại xưởng thực nghiệm máy sau thu hoạch của khoa Cơ khí – Công nghệ
trường đại học Nông Lâm, thời gian từ tháng 2 năm 2013 đến tháng 5 năm 2013.
Kết quả thu được:
x Khung máy:
Chiều cao: 770mm
Chiều rộng: 478mm
Chiều dài: 620mm
x Họng thái:
Bề rộng họng thái: 100mm
Chiều cao họng thái: 50mm
x Góc trượt:
Phạm vi góc trượt W: 0 y 600
x Dao thái:
Chiều dài dao thái: 220mm
x Lực cắt thái:
Lực cắt thái lớn nhất: 1800N
x Xy lanh thủy lực khí nén:
iii


Đường kính piston của xy lanh: 90mm

Hành trình piston của xy lanh : 100mm
Chiều dài phần vỏ xy lanh: 210mm
x Cảm biến:
Lực của cảm biến: 2000N
Sai số của cảm biến: 0.1N
x Độ chính xác của thiết bị :
Độ chính xác của thiết bị đo áp suất cắt thái: 0.00001 N/cm

iv


MỤC LỤC

TRANG TỰA ........................................................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................................................... ii
TÓM TẮT ................................................................................................................................................ iii
MỤC LỤC ................................................................................................................................................ v
DANH SÁCH CÁC HÌNH................................................................................................................viii
DANH SÁCH CÁC BẢNG ................................................................................................................. x
Chương 1 MỞ ĐẦU ............................................................................................................................ 1
Chương 2 TỔNG QUAN.................................................................................................................... 4
2.1

Đối tượng nghiên cứu ............................................................................................ 4

2.2

Tình hình nghiên cứu ở trong và ngoài nước ......................................................... 5

2.2.1

Tình hình nghiên cứu ở trong nước ............................................................................ 5

2.2.1.1 Thiết bị kéo – nén vạn năng ......................................................................................... 5
2.2.1.2 Thiết bị đo áp suất cắt thái riêng ............................................................................... 12
2.2.2

Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước ......................................................................... 14

2.2.2.1 Thiết bị kéo – nén vạn năng ....................................................................................... 14
2.2.2.2 Thiết bị đo áp suất cắt thái riêng ............................................................................... 14
2.3

Ý kiến thảo luận và đề xuất nhiệm vụ nghiên cứu............................................... 15

2.3.1

Ý kiến thảo luận............................................................................................................. 15

2.3.2

Đề xuất nhiệm vụ nghiên cứu .................................................................................... 16

Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................................... 17
3.1

Nội dung nghiên cứu ............................................................................................ 17

3.2

Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 17

3.2.1

Phương pháp nghiên cứu xác định mô hình máy thí nghiệm MTN – 1 ......... 17

3.2.1.1 Cách tiếp cận .................................................................................................................. 17
3.2.1.2 Phương pháp tiến hành ................................................................................................ 17
3.2.2

Phương pháp tính toán thiết kế thiết bị đo lường MTN – 1............................... 17
v


3.2.2.1 Cách tiếp cận .................................................................................................................. 17
3.2.2.2 Phương pháp tiến hành ................................................................................................ 18
3.2.3

Phương pháp chế tạo thiết bị đo lường MTN – 1 ................................................. 18

3.2.3.1 Cách tiếp cận .................................................................................................................. 18
3.2.3.2 Phương pháp tiến hành ................................................................................................ 18
Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................................................... 19
4.1

Xác định mô hình thiết bị do lường MTN – 1 ..................................................... 19

4.1.1

Yêu cầu kỹ thuật của mô hình thiết bị đo lường MTN – 1 ................................ 19

4.1.2

Phân tích để xây dựng mô hình thiết bị do lường MTN – 1 .............................. 19

4.1.3

Xây dựng mô hình thiết bị do lường MTN – 1 ..................................................... 21

4.2

Tính toán thiết kế thiết bị do lường MTN – 1 ...................................................... 21

4.2.1

Tính toán thiết kế, chế tạo bệ họng thái .................................................................. 21

4.2.2

Tính toán khoảng điều chỉnh góc cắt trượt W ......................................................... 23

4.2.3

Tính toán thiết kế, chế tạo dao thái .......................................................................... 23

4.2.4

Tính toán lực cắt thái lớn nhất ................................................................................... 25

4.2.5

Tính toán thiết kế, chế tạo cơ cấu gá lắp dao thái ................................................ 26

4.2.6

Thiết kế, chế tạo hộp chứa xy lanh ........................................................................... 28

4.2.7

Tính toán lựa chọn xy lanh thủy lực khí nén ......................................................... 29

4.2.7.1 Yêu cầu đối với xy lanh thủy lực khí nén ............................................................... 29
4.2.7.2 Tính toán lựa chọn xy lanh thủy lực khí nén ......................................................... 29
4.2.8

Tính toán lựa chọn bộ cảm biến lực ......................................................................... 30

4.2.8.1 Yêu cầu đối với bộ cảm biến lực .............................................................................. 30
4.2.8.2 Tính toán lựa chọn bộ cảm biến lực ......................................................................... 31
4.2.9

Tính toán thiết kế, chế tạo khung .............................................................................. 31

4.2.10 Thiết kế, chế tạo cơ cấu dẫn hướng dao thái ......................................................... 34
4.2.11 Thiết kế, chế tạo bệ đỡ ................................................................................................. 35
4.2.12 Xây dựng bản vẽ lắp ..................................................................................................... 37
4.3

Tính toán độ chính xác đo lường của thiết bị đo MTN – 1 ................................. 38

4.4

Ý kiến thảo luận ................................................................................................... 39
vi


Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ........................................................................................... 40
5.1

Kết luận ................................................................................................................ 40

5.2

Đề nghị ................................................................................................................. 40

TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................................. 41

vii


DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2. 1. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy thí nghiệm kéo nén .................................... 6
Hình 2. 2. Máy thử kéo - nén vạn năng (PATHFINDER) với cỡ lực 1.000kN của công ty
Nghiên cứu kỹ thuật và Tư vấn xây dựng Hoàng Vinh........................................................ 7
Hình 2. 3. Thiết bị thí nghiệm vật liệu vạn năng WP300 của Trung tâm TC-ĐL-CL3 Bộ
Quốc Phòng .......................................................................................................................... 8
Hình 2. 4. Hệ thống thủy lực và cấu tạo ngàm kẹp của PATHFINDER .............................. 9
Hình 2. 5. Sơ đồ nguyên lý hệ thống đo của PATHFINDER .............................................. 9
Hình 2.6. Giao diện chương trình ....................................................................................... 10

Hình 2. 7. Biểu đồ ứng suất biến dạng ............................................................................... 11
Hình 2. 8. Bảng giá trị lực và độ giản của vật liệu ............................................................. 11
Hình 2. 9. Thiết bị đo lực cắt thái và áp suất cắt thái riêng của Bộ môn Máy Nông nghiệp,
khoa Cơ Điện, trường đại học Nông nghiệp Hà Nội .......................................................... 13
Hình 2. 10. Thiết bị đo lực cắt thái và áp suất cắt thái riêng của Н. Е. Резник (1964) ..... 15

Hình 4. 1. Sơ đồ cấu tạo thiết bị đo lường MTN - 1 .......................................................... 21
Hình 4. 2. Bệ họng thái ....................................................................................................... 23
Hình 4. 3. Dao cắt thái ........................................................................................................ 24
Hình 4. 4 . Dao thái............................................................................................................. 25
Hình 4. 5. Cụm dao thái ...................................................................................................... 25
Hình 4. 6. Bát gá lắp dao .................................................................................................... 26
Hình 4. 7. Tấm điều chỉnh góc xoay dao ............................................................................ 27
Hình 4. 8. Hộp chứa xy lanh ............................................................................................... 28
Hình 4. 9. Hình hộp chứa xy lanh....................................................................................... 29
Hình 4. 10. Khung thiết bị đo MTN - 1 .............................................................................. 32
Hình 4. 11. Khung .............................................................................................................. 34
Hình 4. 12. Thanh dẫn hướng ............................................................................................. 34
viii


Hình 4. 13. Thanh dẫn hướng dao thái ............................................................................... 35
Hình 4. 14. Bệ đỡ ................................................................................................................ 36
Hình 4. 15. Bệ đỡ ................................................................................................................ 37
Hình 4. 16. Bản vẽ lắp thiết bị MTN - 1............................................................................. 38
Hình 4. 17. Thiết bị đo MTN - 1 ........................................................................................ 42

ix

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2. 1. Giá trị áp suất cắt riêng của một số nguyên liệu thực vật .......................................... 5

x


Chương 1
MỞ ĐẦU

Như chúng ta đã biết việc thiết kế ra một máy móc, thiết bị hoàn toàn không đơn
giản, nó đòi hỏi phải đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật và mang tính kinh tế cho sản phẩm.
Muốn được như vậy thì quá trình thu thập dữ liệu thiết kế đóng một vai trò hết sức quan
trọng. Việc thiết kế máy cắt thái cũng vậy chúng ta cần phải xác định được các yếu tố:
hình dạng hình học của dao, tính chất cơ lý của vật liệu cắt, các chế độ động học, động
lực học của bộ phận cắt, thái, … Trong đó, việc xác định được tính chất cơ lý của vật liệu
cắt là một phần rất quan trọng trong công tác thiết kế. Tuy vậy, hiện nay chúng ta còn sử
dụng các dụng cụ đo đạc áp suất cắt thái kiểu cơ học chỉ có thể ghi nhận giá trị đo đạc
một cách rời rạc, không có khả năng đọc và lưu trữ dữ liệu đo một cách liên tục. Vì vậy
việc thiết kế máy cắt thái không những tốn nhiều thời gian, chi phí sản xuất, phức tạp mà
còn đem lại hiệu suất thấp. Mặc dù còn nhiều hạn chế như vậy nhưng hiện nay phương
pháp đo kiểu cơ học vẫn còn được sử dụng phổ biến tại vì chưa có phương pháp hay thiết
bị đo nào thay thế.
Bên cạnh đó, đo lường và điều khiển với sự hỗ trợ của máy tính điện tử là một đặc
trưng mới của công nghệ hiện đại, có ý nghĩa khoa học và ứng dụng trong sản xuất, đời
sống, an ninh quốc phòng... Đây cũng là công cụ hỗ trợ đắc lực trong công tác thiết kế. Vì
máy tính điện tử có khả năng thu nhận, xử lý số liệu và lưu trữ một cách nhanh chóng. Bộ
phận đo lực sẽ được đảm nhiệm bởi một cảm biến đo lực, cho ra kết quả đo chính xác.
Như vậy hệ thống đo lường này đã xác định các thông số đặc trưng về lực của các vật liệu
nông nghiệp một cách nhanh chóng và chính xác, phục vụ tốt công tác tính toán thiết kế

1


máy nông nghiệp nói chung và máy cắt thái hay máy nghiền nông sản – thực phẩm nói
riêng.
Do đó, được sự chấp thuận của ban chủ nhiệm khoa Cơ khí – Công nghệ trường
đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh, bộ môn máy sau thu hoạch và chế biến, cùng
với sự hướng dẫn của thầy TS. Nguyễn Như Nam em thực hiện đề tài:
“ Thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm thiết bị đo áp suất cắt thái”
x

Mục đích nghiên cứu
Thiết kế thiết bị đo áp suất cắt thái thân lá thực vật liên kết với máy tính điện tử để

phục vụ công tác nghiên cứu, thiết kế chế tạo các loại máy chế biến liên quan.
x

Ý nghĩa khoa học của đề tài
Ứng dụng công nghệ điều khiển tự động và cơ điện tử để tự động hóa quá trình đo

đạc và xử lý số liệu thông qua máy vi tính để kết quả đo được hiển thị và lưu trữ một cách
nhanh nhất.
x

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Góp phần làm giảm giá thành và nâng cao chất lượng sản phẩm trong công tác

thiết kế máy cắt thái. Đưa việc thiết kế máy cắt thái vào quy mô sản xuất công nghiệp.
x

Nội dung nghiên cứu:
 Xác định sơ đồ nguyên lý đo áp suất cắt thái
 Thiết kế thiết bị đo áp suất cắt thái kiểu hiện số điện tử
 Chế tạo phần cơ thiết bị đo áp suất cắt thái kiểu hiện số điện tử.
Em xin chân thành cảm ơn sự chỉ dạy và hướng dẫn tận tình của thầy TS. Nguyễn

Như Nam. Do sự giới hạn về thời gian và sự hạn chế về kiến thức của bản thân nên không
thể tránh khỏi những sai sót. Em xin kính mong được sự đóng góp của quý thầy cô và các
bạn.
2


3


Chương 2
TỔNG QUAN

2.1

Đối tượng nghiên cứu
Áp suất cắt thái riêng thực vật
Áp suất cắt thái riêng của lưỡi dao trên vật thái là đại lượng đặc trưng cho quá trình

cắt thái bằng lưỡi dao. Thiết bị để đo áp suất cắt thái là máy thử kéo nén vạn năng cở nhỏ
cỡ 2.500 N cùng với đồ gá và phải tính toán từ kết quả đo đạc bổ sung và quan trắc qua
định nghĩa biểu diễn bằng công thức :
“ൌ

୒

οୗ

, [N/cm] ;

(2.1)

Trong đó :
N - lực ép pháp tuyến của dao lên vật liệu, [N];
'S - chiều dài đoạn lưỡi dao cắm vào vật thái, [cm].
Lực ép pháp tuyến N được xác định (quan trắc) trên máy thử nén, còn giá trị 'S
được xác định bằng đo đạc.
Ngoài thiết bị thử kéo – nén vạn năng dùng để đo áp suất cắt thái riêng, còn có
thiết bị đo chuyên dùng cho quá trình cắt thái cũng theo nguyên lý thử nén cắt đứt vật liệu.
Áp suất cắt thái riêng phụ thuộc vào độ sắc của dao, góc mài dao, các tính chất cơ
lý của vật thái, chế độ động học của dao. Áp suất cắt thái riêng là thông số quan trọng

4


nhất để tính toán sơ đồ dao thái hợp lý, công suất chi phí cho quá trình cắt thái thân thực
vật ở tất cả các loại máy cắt thái thân lá thực vật.
Cũng theo Н. Е. Резник (1964), Trần Minh Vượng (1999), Nguyễn Như Nam và
Trần Thị Thanh (2000) thì giá trị áp suất cắt thái riêng q trong trường cắt thái chặt bổ
(không trượt) cho như bảng 2.1.
Bảng 2.1. Giá trị áp suất cắt thái riêng của một số nguyên liệu thực vật
TT

Tên nguyên liệu

Áp suất cắt thái riêng trong trường hợp chặt bổ (N/cm)

1

Rơm

50 y 120

2

Rau – cỏ tươi

40 y 80

3

Củ, quả

20 y 40

Áp suất cắt thái riêng phụ thuộc vào các thông số của dao như chiều dày, góc mài
dao, độ sắc của dao; vị trí tương đối giữa dao và tấm kê như khe hở giữa dao và tấm kê;
đối tượng cắt thái như loại nguyên liệu, độ ẩm, độ bền nguyên liệu cắt thái hay điều kiện
trượt của dao trên vật thái.
2.2

Tình hình nghiên cứu ở trong và ngoài nước

2.2.1 Tình hình nghiên cứu ở trong nước
2.2.1.1 Thiết bị kéo – nén vạn năng
Các máy thí nghiệm thử kéo nén ở nước ta hiện nay chuyên làm việc theo nguyên

lý thủy lực hoặc cơ khí, trong đó các máy thí nghiệm kéo nén thủy lực chiếm số lượng rất
lớn. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy thí nghiệm kéo nén thể hiện trên hình 2.1; từ một
bơm thủy lực dầu được dẫn vào xy lanh (A), dầu tác dụng lên bề mặt piston (B) một áp
lực P. Cần piston (C) được nối với mẫu (M) thông qua ngàm (D), tác dụng vào mẫu một
lực kéo có trị số bằng áp lực P, lực này được chỉ thị trên đồng hồ áp lực N.

5


Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy thí nghiệm kéo nén ở nước ta
Thiết bị thử kéo – nén vạn năng là thiết bị chuyên dùng để đo độ bền nén, kéo, uốn
và cắt. Đây là loại thiết bị chuyên dùng được phân theo các cấp lực. Loại nhỏ có các cấp
lực 100, 500, 1.000, 2.500, 5.000 và 10.000 N. Loại lớn có các cỡ cấp lực 25, 50, 100, …,
600, 1.000 kN. Ở loại nhỏ cấp chính xác tới 0,1 N, được dùng cho các vật liệu nông
nghiệp hay có ứng suất bền thấp. Trước năm 1990, toàn bộ các máy kéo – nén vạn năng ở
trong nước đều là thiết bị ngoại nhập, và các thiết bị sử dụng trong nước đều thao tác
bằng thủ công, xuất số liệu đo trực tiếp không qua xử lý số liệu. Sau giai đoạn 1990 do
nhu cầu nghiên cứu, nên một số cơ quan nghiên cứu trong nước đã nhập một số thiết bị
kéo – nén vạn năng với các cấp lực khác nhau, điều khiển tự động liên kết với máy tính để
xử lý số liệu, lưu trữ và xuất thông tin. Trong đó có những máy kéo – nén vạn năng ở cấp
lực 500 N như Trung tâm Polyme của trường đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh,
bộ môn Công nghệ hóa học của trường đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh ,…có
thể đo chính xác được lực kéo đứt sợi polyme. Tuy nhiên ở các loại thiết bị kéo – nén vạn
năng này không có thể đo được hoàn chỉnh áp suất cắt thái mà chỉ có thể đo được lực cắt
đứt thân lá thực vật với đồ gá tự thiết kế.
Dựa vào mô hình thiết bị kéo – nén vạn năng của nước ngoài một số doanh nghiệp
chuyên ngành cơ điện tử và cơ sở đào tào nghiên cứu trong nước đã nghiên cứu, chế tạo
thành công máy kéo – nén vạn năng. Như công ty Cổ Phần Công Nghệ T- Tech Việt Nam
với cỡ lực đến 2.000 kN, Viện khoa học kỹ thuật quân sự bộ quốc phòng với cỡ lực đến
6

400 kN, công ty Nghiên cứu kỹ thuật và Tư vấn xây dựng Hoàng Vinh với cỡ lực từ 50
kN đến 1.000 kN,…

Hình 2.2. Máy thử kéo – nén vạn năng (PATHFINDER) với cỡ lực 1.000 kN
của công ty Nghiên cứu kỹ thuật và Tư vấn xây dựng Hoàng Vinh.
1. Khoảng không đôi (dual space); 2. Tay đòn (cross head);
3. Trụ đỡ; 4. Bàn đỡ; 5. LoadCell; 6. Xy lanh
Hình 2.2 giới thiệu máy thử kéo – nén vạn năng PATHFINDER với cỡ lực 1.000
kN do công ty Nghiên cứu kỹ thuật và Tư vấn xây dựng Hoàng Vinh. Máy được thiết kế
dựa trên nguyên lý tạo lực kép, nghĩa là cùng một cơ chế có thể tạo ra lực kéo và nén.
Phần chính của máy là bộ khung có hai khoảng không (dual space), các vùng này được
dùng để đặt mẫu thí nghiệm. Các không gian này có thể thay đổi chiều cao sao cho phù
hợp với thí nghiệm cần thực hiện bằng cách di chuyển tay đòn dưới.

7


Hình 2.3. Thiết bị thí nghiệm vật liệu vạn năng WP300 của Trung tâm TC-ĐL-CL3 Bộ
Quốc phòng
Đối với các thí nghiệm uốn, nén, cắt, mẫu được đặt bên dưới và thí nghiệm kéo
mẫu được đặt ở bên trên, tùy theo loại thí nghiệm mà cần thiết phải có các chi tiết gá, kẹp
mẫu tương ứng. Đối với thí nghiệm kéo (chiếm hầu hết các thí nghiệm thực hiện trên loại
máy này), mẫu được kẹp bằng hệ thống má kẹp hình côn, có lực kẹp ban đầu bằng thủy
lực thông qua hệ thống bánh răng trục vít (hình 2.3).

8

Hình 2.4. Hệ thống thủy lực và cấu tạo ngàm kẹp của PATHFINDER.
Toàn bộ hệ thống điều khiển và xử lý tín hiệu đo được thiết kế dựa trên công nghệ
vi điện tử với các chíp vi xử lý thể hệ mới được nhập khẩu từ nước ngoài (Hàn Quốc và
Đài Loan). Tất cả các dữ liệu được chuyển về máy tính để xử lý và hiển thị kết quả trong
suốt quá trình đo. Bộ A/D chuyển đổi tín hiệu đo lực từ loadCell có độ phân giải nội 18
bit (1/200.000), cho phép đạt được giá trị đo lực có độ chính xác rất cao, tương đương với
các máy hiện hành của các hãng chế tạo nước ngoài. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống đo
lường được thể hiện ở hình 2.4.

Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lý hệ thống đo của PATHFINDER

9


Chương trình xử lý số liệu trên máy thử kéo nén vật liệu vạn năng.
Giao diện chính của chương trình được hiển thị sau khi ta chọn chạy chương trình,
là nơi để bắt đàu các bước thực hiện việc đo đạt.

Hình 2.6. Giao diện chương trình

10


Hình 2.7. Biểu đồ ứng suất biến dạng

Hình 2.8. Bảng giá trị lực và độ giản của vật liệu

11

Hình 2.6 giới thiệu màn hình chính của chương trình. Một số các kết quả được
phần mềm cung cấp bao gồm: giới hạn bền, lực bền (Tensile strength, tension force), giới
hạn chảy, lực chảy (yield strength, yield force), mô đun đàn hồi E-Module(E), biến dạng
tương đối (elogation) có thể đo trực tiếp bằng dụng cụ từ bên ngoài hay được tự động tính
bằng chương trình. Trong suốt quá trình thí nghiệm hay kiểm tra kết quả, chương trình có
thể hiển thị các loại đồ thị như ứng suất-biến dạng, lực chuyển vị với các trục có thể hoán
đổi cho nhau.
Máy thí nghiệm PATHFINDER đã được trung tâm đo lường chất lượng khu vực
ba (QUATEST 3), hiệu chuẩn và cấp giấy chứng nhận. Trên bảng thống kê các giá trị so
sánh giữa thiết bị chuẩn và máy BK-UTM100 cho thấy, độ sai lệch kết quả trong khoảng
0.1% đến 0.2%, máy đạt độ chính xác cấp 1. Đây là một con số thực sự ấn tượng cho thiết
bị thí nghiệm thử kéo – nén lần đầu được chế tạo trong nước.
2.2.1.2 Thiết bị đo áp suất cắt thái riêng
Ở trong nước, chỉ có viện Cơ Điện Nông Nghiệp Và Công Nghệ Sau Thu Hoạch,
khoa Cơ Điện trường đại học Nông Nghiệp, khoa Cơ khí – Công nghệ trường đại học
Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh mới sử dụng thiết bị đo áp suất cắt thái riêng phục vụ
công tác nghiên cứu và đào tạo. Hình 2.9 giới thiệu sơ đồ nguyên lý thiết bị đo lực cắt thái
và áp suất cắt thái riêng của Bộ môn Máy nông nghiệp, khoa Cơ Điện, trường đại học
Nông nghiệp Hà Nội (là sơ đồ nguyên lý chung của các đơn vị khác). Thiết bị đo lực cắt
thái và áp suất cắt thái sử dụng lực nén lò xo làm lực kế, dao được gá lắp trên khung hình
chữ nhật cố định chuyển động trên xy lanh trượt. Do là thiết bị được sản xuất trên các phụ
tùng góp nhặt, không chuẩn hóa, kết cấu hoàn toàn cơ học nên có dung sai lớn làm, ảnh
hưởng đến thao tác và phản ánh kết quả đo. Thiết bị đo này chỉ dừng lại ở mức độ mô
hình giảng dạy cho sinh viên các môn học như Máy chăn nuôi, hay đồ án môn học Thiết
kế dao thái.

12


?

R

N

P

f'
?-f '

Hình 2.9. Thiết bị đo lực cắt thái và áp suất cắt thái riêng của Bộ môn Máy Nông nghiệp,
khoa Cơ Điện, trường đại học Nông nghiệp Hà Nội.
Năm 1982, tác giả Bùi Văn Miên cùng các đồng sự đã thiết kế, chế tạo thiết bị đo
lực cắt thái và áp suất cắt thái riêng thực vật như hình 2.9. Do thiết bị được chế tạo trong
điều kiện nghèo nàn về cơ sở vật chất, vật tư chế tạo thiếu thốn cùng với tay nghề chế tạo
kém ( thiết bị do sinh viên thực tập tốt nghiệp tham gia chế tạo) nên chuyển động của dao
cắt không ổn định, góc trượt W điều chỉnh khó khăn, lực đo biểu diễn qua lực nén lò xo
không phù hợp và cũng không qua kiểm định nên kết quả đo không chính xác, thiếu độ tin
cậy cần thiết.
Trên cơ sở thiết bị đo của tác giả Bùi Văn Miên, Nguyễn Như Nam và các công sự
là hai sinh viên cơ khí nông nghiệp khóa 11 (1986 - 1991) của trường là Pony và Chư
Hông (sinh viên người Campuchia) (1991) đã hoàn chỉnh bằng cách thay thế các thanh
trượt chuyển động trên xy lanh có dầu bôi trơn nhằm đảm bảo hạn chế sự xê dịch của
khung lắp dao khi dịch chuyển và dùng lò xo lực lắp trong hộp kín có cân chỉnh. Vì vậy
việc đo đạc thuận tiện và chính xác hơn. Thiết bị dùng chủ yếu phục vụ giảng dạy, nghiên
13


cứu khoa học từ năm 1990 đến năm 2000, sau đó bị hư hỏng và không phục hồi. Tuy
nhiên các tồn tại của thiết bị này cũng tương tự như ở thiết bị đo lực cắt thái và áp suất cắt

thái riêng của trường đại học Nông nghiệp Hà Nội.
2.2.2 Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước
2.2.2.1 Thiết bị kéo – nén vạn năng
Trên thế giới đo cơ lý tính vật liệu là bộ môn khoa học phát triển cùng với các
thành tựu đạt được của công nghệ. Trước năm 1980, các thiết bị đo nói chung và thiết bị
đo cơ lý tính vật liệu (trong đó bao gồm các vật liệu nông nghiệp) đều là thiết bị đo cơ.
Việc xử lý sâu số liệu đo phải tiến hành bên ngoài thiết bị. Với sự phát triển của ngành cơ
điện tử những thiết bị đo dần được thay thế bằng các thiết bị đo kiểu khiển bằng điện liên
kết với máy tính điện tử để xử lý số liệu. Thiết bị đo cơ lý tính vật liệu đã trở thành sản
phẩm thương mại. Các quốc gia nổi tiếng với các thiết bị đo cơ lý tính vật liệu có độ
chính xác, làm việc đạt độ tin cậy cao là thuộc về nhóm các nước G7 như Mỹ, Đức, Anh,
Pháp, Nhật Bản,…Bên cạnh đó Trung Quốc với giá chào bán chỉ bằng 1/10 so với giá của
các nước thuộc nhóm G7. Nhưng so với Việt Nam, đây là giá quá cao so với khả năng
đầu tư. Với thiết bị thử kéo – nén vạn năng cỡ nhỏ loại 1000 N phục vụ trong các phòng
thí nghiệm đo cơ tính các nguyên liệu thực vật thì giá cả nằm trong khoảng 50 y 70 triệu
đồng.
Tuy nhiên cũng như các thiết bị kéo – nén vạn năng do trong nước sản xuất thì tất
cả các loại thiết bị này không thể đo áp suất cắt thái thân thực vật.
2.2.2.2 Thiết bị đo áp suất cắt thái riêng
Vì là thiết bị đo chuyên dùng, chỉ sử dụng trong một số chuyên ngành hẹp nên thiết
bị đo lực cắt thái và áp suất cắt thái riêng không phải là sản phẩm thương mại. Trên thị
trường thường chỉ có thiết bị đo duy nhất lực cắt thái ma không đo áp suất cắt thái riêng.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị đo lực cắt thái hoàn toàn giống thiết bị thử
kéo – nén vạn năng cả về quá trình và xu hướng đã phân tích ở trên.

14


Hình 2.10 giới thiệu mô hình nguyên lý đo áp suất cắt thái của Н. Е. Резник
(1964) theo phương pháp cơ học.

Sơ đồ nguyên lý của Н. Е. Резник đảm bảo chuyển động của dao cắt ổn định cho
chính xác hơn so với các thiết bị đo lực cắt thái và áp suất cắt thái riêng do trong nước
thiết kế, chế tạo. Do thiết bị được thiết kế vào giai đoạn trước đây khi kỹ thuật cơ điện tử
chưa ra đời và công nghệ thông tin và chưa phát triển, nên thiết bị đo vẫn còn những tồn
tại cơ bản là sử dụng phức tạp, không thể xử lý kết quả đo trực tiếp, độ chính xác và độ
tin cậy kết quả đo chưa cao. Vì với lực đo bằng lực nén lò xo khó đảm bảo độ chính xác
kết quả đo đến 0,01 N.

Hình 2.16. Thiết bị đo lực cắt thái và áp suất cắt thái riêng của
Н. Е. Резник (1964).
2.3

Ý kiến thảo luận và đề xuất nhiệm vụ nghiên cứu

2.3.1 Ý kiến thảo luận
1) Áp suất cắt thái thân lá thực vật là thông số cơ bản để thiết kế máy thái thân lá
thực vật.
2) Trên máy thử kéo – nén vạn năng có thể đo được lực phá hủy vật liệu do nén,
kéo hay phá hủy do cắt. Với vật liệu nông nghiệp, ở thiết bị này có thể đo được lực cắt
thân lá thực vật, nhưng chưa đo được trực tiếp áp suất cắt thái thân lá thực vật. Để xác
định áp suất cắt thái thân lá thực vật cần phải tiến hành xử lý số liệu hay tính toán sau
thực nghiệm.
15