Nghiên cứu động học và xác định các thông số công nghệ của hệ dao cắt ảnh hưởng đến chất lượng cắt vớt rong, cỏ dại, lục bình

1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM
-----------------

NGUYỄN MINH CƯỜNG

NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC VÀ XÁC ĐỊNH
CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ CỦA HỆ DAO CẮT
ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG CẮT - VỚT
RONG, CỎ DẠI, LỤC BÌNH

Chuyên ngành

: Kỹ thuật cơ khí

Mã số chuyên ngành : 60520103

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2019


2

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Doãn Sơn …………………………
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Tôn Thiện Phương ……………………………
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Phạm Hữu Lộc ………………………………
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày 11 tháng 01 năm 2019
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1. PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc – Chủ tịch
2. TS.Tôn Thiện Phương – UVPB 1
3. TS.Phạm Hữu Lộc – UVPB 2
4. PGS.TS Lưu Thanh Tùng - UV
5. PGS.TS Bùi Trọng Hiếu - UVTK
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau
khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ


3
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM
------------------oOo---

Tp. HCM, ngày . . . . . tháng . . . . . năm 2018

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: Nguyễn Minh Cường

MSHV: 1570302

Ngày, tháng, năm sinh: 08 – 02 – 1977

Nơi sinh: Tây Ninh

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí

Mã số: 60520103

1- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC VÀ XÁC ĐỊNH CÁC
THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ CỦA HỆ DAO CẮT ẢNH HƯỞNG ĐẾN
CHẤT LƯỢNG CẮT - VỚT RONG, CỎ DẠI, LỤC BÌNH.
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
1. Khảo sát và phân tích đặc tính cơ lý của cây rong, cỏ dại, lục bình mọc
dưới nước.
2. Tìm hiểu tổng quan về dao cắt và cấu tạo dao cắt các cây thực vật thân
mềm và thân cứng trong máy nơng nghiệp.
3. Nghiên cứu, tính toán thiết kế, chế tạo hệ dao cắt – vớt rong, cỏ, lục bình.
4. Khảo nghiệm xác định hệ số động học dao và các thông số công nghệ của
hệ dao cắt ảnh hưởng đến chất lượng cắt - vớt rong, cỏ dại, lục bình.
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20/08/2018

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 03/12/2018
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi đầy đủ học hàm, học vị):
PGS. TS Trần Doãn Sơn
Tp. HCM, ngày

tháng

năm 2018

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

PGS. TS Trần Dỗn Sơn
TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ
(Họ tên và chữ ký)


4

Lời cảm ơn
Sau gần hai năm học tập tại Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM, em
được sự chỉ bảo, hướng dẫn tận tình của Thầy Cơ trong Khoa Cơ Khí cũng
như Thầy Cô khác trong Trường. Đến nay, nhân trong luận văn tốt nghiệp,
em xin được bày tỏ sự cảm ơn đối với tất cả thầy cô, những người không chỉ
giúp em nắm bắt kiến thức mà còn định hướng cho em trong việc tìm hiểu,

tiếp cận và nghiên cứu tri thức.
Trong quá trình thực hiện luận văn, em được sự hướng dẫn tận tình
của PGS.TS Trần Dỗn Sơn và sự giúp đỡ của PGS.TS. Bùi Trung Thành chủ
nhiệm đề tài NCKH “ Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống máy, thiết bị cắt rong,
cỏ dại, vớt bèo tây, rác thải nổi trong lòng kênh, mương, hồ chứa nước” và là
chủ nhiệm dự án “Hoàn thiện, thiết kế, chế tạo máy cắt - vớt rong, cỏ dại, lục
bình loại máy B2.4 và máy B3.0” góp ý thẳng thắng để em có thể từng bước

hồn thiện luận văn. Mặc dù đã xem xét chỉnh sửa nhiều lần nhưng trong đề
tài khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận được những đánh giá của q
Thầy Cơ để sau này em tự nâng cao kiến thức và áp dụng những nhận xét đó
trong q trình nghiên cứu sau này.
Tác giả

Nguyễn Minh Cường

GVHD: PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƯỜNG


5

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Hệ dao cắt – vớt rong, cỏ, lục bình là một trong số những bộ phận quan trọng
của máy cắt vớt rong cỏ, lục bình dưới nước thuộc dự án sản xuất thử nghiệm “Hoàn
thiện, thiết kế, chế tạo máy cắt - vớt rong, cỏ dại, lục bình cỡ nhỏ trên kênh,
mương cấp thốt nước khu vực thành phố Hồ Chí Minh”. Trong giới hạn của dự
án sản xuất thử nghiệm này tác giả tập trung vào vấn đề nghiên cứu lựa chọn kiểu dao
cắt, tính tốn thiết kế dao cắt – vớt rong, cỏ dại, lục bình trong mơi trường dưới nước

trong điều kiện là mật độ rong, cỏ dại, lục bình dày đặc đan sen chồng chất lên nhau
trong lịng kênh, sơng, hồ.
Tác giả đã tiến hành khảo sát các loại rong, cỏ, lục bình đo đạc xác định đặc
điểm cơ lý tính của rong cỏ, lục bình (đối tượng làm việc của dao cắt), lý thuyết cắt
thái có tấm kê kiểu tơng đơ theo các nội dung: tìm hiểu bộ phân cắt thái có tấm kê,
động học của hệ dao, bộ phận cắt uốn nghiêng cây từ đó tiến hành tính tốn và xác
định hình dạng kích thước lưỡi dao, lực tác dụng lên dao và cơng suất tiêu thu cho
dao cắt. Việc tính toán thiết kế dao cắt- vớt rong, cỏ dại, lục bình đã đảm bảo mục
tiêu cắt sạch được rong, cỏ dại, lục bình dưới mặt nước, các chế độ làm việc của dao
đồng bộ với vận tốc tiến của máy di chuyển trong lịng kênh, sơng….
Hệ dao cắt rong cỏ lục bình đã được tiến hành thực nghiệm cắt vớt rong, cỏ, lục
bình trên kênh 1 tại Quận Bình chánh Tp.HCM và tại kênh bao của Vườn Quốc gia U
Minh Thượng tỉnh Kiên Giang, đồng thời xác định được các thơng số cơng nghệ
chính ảnh hưởng đến chất lượng cắt – vớt rong, cỏ, lục bình.

GVHD: PGS.TS TRẦN DỖN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƯỜNG


6

SUMARY OF THE THESIS
The system of cutting - picking seaweed, grass, water hyacinth is one of the
important parts of lawn mower cutters, water hyacinth under trial project
"Complete, design, picking weeds, weeds, small hyacinths on canals, drainage
ditches in Ho Chi Minh City”. Within the scope of this pilot production project, the
author focuses on cutting edge research, knife design, salvage of weeds, weeds, and
water hyacinth under the condition that Weeds, weeds, dense water hyacinths
weaving together in the canals, rivers, lake.

The author conducted a survey of cutter types, the engineering design of the
selected cutters for aquatic plant/weed harvesters. A survey on the physical
properties of grass seaweed, water hyacinth (workpiece of cutter). Such a survey
constitutes a basis for the study of cutter types: the theory of plate-based shearing,
the dynamics of cutters, the channeling and grasping of cutters. Accordingly, the
calculation was carried out to determine the shape, the dimensions of the cutting
baldes, the forces acting on the cutters and the power required by the cutters. The
design of such a cutter has to insure cutting ability, its efficiency. Cutting,
conveying, lift and propulsion system must be easily adjustable for the harvesting
and handling of different density materials, working modes of knives synchronized
with the speed of moving machine in the canal, river ....
The cutters system of the aquatic plant harvester machine, weed, water
yacinth were tested on th canal 1, district Bình chánh, HCM city and canals of U
Minh Thượng National Park identified the technology parameters that affect the
quality of cutting and harvesting weeds and water hyacinth

GVHD: PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƯỜNG


7

LỜI CAM ĐOAN
Luận văn này do tôi nghiên cứu và thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học
của Thầy PGS.TS. Trần Dỗn Sơn.
Để hồn thành luận văn này, tơi đã sử dụng những tài liệu được ghi trong
mục Tài liệu tham khảo, ngồi ra khơng sử dụng bất cứ tài liệu tham khảo nào khác
mà không được ghi. Các kết quả và số liệu nêu trong luận văn là trung thực và chưa
từng được ai công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.

Tp.Hồ Chí Minh, ngày 03 tháng 12 năm 2018

Nguyễn Minh Cường

GVHD: PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƯỜNG


8

MỤC LỤC
TÓM TẮT LUẬN VĂN ............................................................................................. 5
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU ............................................................................................ 11
1.1 Đặt vấn đề ........................................................................................................11
1.2. Tính cấp thiết của đề tài .................................................................................13
1.3. Mục tiêu của luận văn.....................................................................................13
1.4. Nội dung thực hiện của luận văn ....................................................................14
1.5. Giới hạn nội dụng nghiên cứu ........................................................................14
1.6. Ý nghĩa khoa học của luận văn ......................................................................14
1.7. Ý nghĩa thực tiễn của luận văn .......................................................................14
1.8 Phương pháp nghiên cứu .................................................................................15
1. 9. Nội dung chính của luận văn dự kiến ............................................................15
CHƯƠNG 2 : ........................................................................................................... 16
TỔNG QUAN VỀ DAO CẮT CÂY THỰC VẬT THÂN MỀM ........................ 16
2.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình cắt thái bằng lưỡi dao. ......................................16
2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cắt thái ...................................................19
2.2.1 Áp suất cắt thái riêng ................................................................................19
2.2.2 Độ sắc lưỡi dao.........................................................................................20
2.2.3 Góc cắt thái α ...........................................................................................20

2.2.4 Khe hở giữa cạnh sắc lưỡi dao và cạnh sắc tấm kê .................................20
2.3 Các bộ phận làm việc và cơ cấu dùng để cắt thái ............................................20
2.3.1 Các hình dạng dao cắt cơ bản ..................................................................20
2.3.2 Các dạng lưỡi cắt cơ bản .........................................................................21
2.3.3 Các dạng chuyển động của dao cắt ..........................................................22
2.3.4 Các dạng cắt của dao chủ yếu ..................................................................22
2.4 Tình hình nghiên cứu ứng dụng cụm dao cắt thái có tấm kế trong nước và trên thế
giới. ........................................................................................................................23
2.4.1 Khảo sát, tìm hiểu nguyên tắc làm việc một số dao cắt trên máy thu hoạch. 23
2.4.2 Tình hình nghiên cứu dao cắt rong cỏ trên thế giới ................................25
2.4.3 Tình hình nghiên cứu dao cắt có tấm kê trong nước ................................26
2.5 Khảo sát, tìm hiểu đặc tính cây rong, cỏ dại, lục bình ....................................28
2.5.1 Rong đi chồn .........................................................................................28
2.5.2 Rong Hydrilla ...........................................................................................29
2.5.3 Cây lục bình (Lộc bình) ............................................................................30

GVHD: PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƯỜNG


9

2.6 Khảo sát hiện trạng rong cỏ, lục bình trong lòng kênh mương tại Rạch Cầu
Bưng, kênh số một khu vực Hóc Mơn Bắc Bình Chánh và Sơng Vàm Thuật, Q12
thành phố Hồ Chí Minh. ........................................................................................31
2.7 Nhu cầu nghiên cứu .........................................................................................33
CHƯƠNG 3 : ........................................................................................................... 34
LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH CẮT THÁI CÓ TẤM KÊ ...................................... 34
3.1 Nguyên lý cắt thái [1]. .....................................................................................34

3.2 Cơ cấu chuyển động cho bộ phận cắt [1] ........................................................35
3.3 Đường đặc tính động học của dao [1] .............................................................35
3.4 Vận tốc làm việc của dao [1] ...........................................................................37
3.4.1 Chất lượng dao cắt phụ thuộc ..................................................................38
3.4.2 Vận tốc cắt ban đầu và vận tốc cắt kết thúc. ............................................39
3.5 Hiện tượng cắt uốn nghiêng cây, cắt trùng và cắt sót [1] ................................41
3.5.1 Hiện tượng cắt uốn nghiêng cây ...............................................................41
3.5.2 Hiện tượng cắt sót.....................................................................................45
3.5.3 Hiện tượng cắt trùng.................................................................................45
3.6 Lực tải cạnh sắc của dao [1]. ...........................................................................46
3.7 Diện tích dao chạy hai lần [1]. .......................................................................48
3.9 Lực tác dụng lên dao [1]. .................................................................................52
3.10 Năng suất và công suất của cụm dao cắt theo lý thuyết [1]. .........................54
CHƯƠNG 4 : ........................................................................................................... 55
TÍNH TỐN THIẾT KẾ........................................................................................ 55
HỆ DAO CẮT – VỚT RONG CỎ LỤC BÌNH DƯỚI NƯỚC ........................... 55
4.1 Chọn phương án thiết kế. ................................................................................55
4.2 Lựa chọn sơ bộ hệ dao cắt. ..............................................................................55
4.3 Hoạt động hệ dao cắt gắn theo máy. ...............................................................56
4.4 Các thông số yêu cầu của dự án. ....................................................................57
4.5 Cơ cấu chuyển động cho bộ phận cắt. ............................................................57
4.6 Kích thước cơ bản của dao ..............................................................................57
4.7 Tính tốn các bộ phận làm việc chính của cụm dao máy cắt rong, cỏ dại. .....59
4.7.1 Lực tải cạnh sắc của dao. .........................................................................59
4.7.2 Diện tích dao chạy hai lần ........................................................................60
4.7.3 Năng suất và công suất của cụm dao cắt theo lý thuyết. .......................61
3.8 Tính bền lưỡi dao cắt. .....................................................................................62
3.9 Tính tốn mối lắp dao bằng bulơng. ................................................................62
4.10 Tính tốn thiết kế bộ dao dứng ......................................................................64

GVHD: PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƯỜNG


10

4.10.1 Thanh lắp dao di động bộ dao đứng .......................................................64
4.10.3 Lực tác dụng lên bộ truyền bộ dao đứng ................................................68
4.10.4 Tiết diện thanh truyền của cơ cấu tay quay dao đứng. ..........................69
4.10.5 Tiết diện tay quay dao đứng. ..................................................................70
4.10.6 Công suất động cơ cho bộ dao đứng. .....................................................71
4.11 Tính tốn thiết kế bộ dao ngang ....................................................................71
4.11.1 Thanh lắp dao di động bộ dao ngang. ....................................................71
4.11.2 Tấm đế bắt dao cố định bộ dao ngang. ..................................................73
4.11.3 Lực tác dụng lên bộ truyền bộ dao ngang. .............................................75
4.11.5 Ttiết diện tay quay dao ngang. ...............................................................77
4.11.6 Công suất động cơ cho bộ dao ngang. ...................................................78
CHƯƠNG 5: ............................................................................................................ 79
KHẢO NGHIỆM HỆ DAO CẮT – VỚT RONG, CỎ DẠI, LỤC BÌNH .......... 79
5.1 Yêu cầu đối với thực nghiệm ..........................................................................79
5.2 Khảo nghiệm không tải ...................................................................................79
5.2.1 Qui trình khảo nghiệm khơng tải ..............................................................79
5.2.2 Kết quả hoạt động .....................................................................................79
5.3 Khảo nghiệm có tải ..........................................................................................80
5.3.1 Hệ thống chỉ tiêu và phương pháp đánh giá ............................................80
5.3.2 Xác định mật độ rong, cỏ, lục bình ...........................................................81
5.3.3 Khảo nghiệm vận tốc hệ dao cắt và vận tốc tiến của máy .......................84
5.3.4 Khảo nghiệm hệ dao cắt – vớt, rong, lục bình của máy cắt – vớt, rong, lục
bình. 91

CHƯƠNG 6: .......................................................................................................... 101
NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN ............................................................................... 101
6.1 Nhận xét.........................................................................................................101
6.2. Kết luận ........................................................................................................101
5.3 Hướng phát triển của đề tài ...........................................................................102
PHỤ LỤC .................................................................................................................. II
1. PHỤ LỤC HÌNH ẢNH ................................................................................... iii
2. PHỤ LỤC BẢNG BIỂU ...................................................................................v
3. PHỤ LỤC SPSS XÂY DỰNG MƠ HÌNH ......................................................vi
4. PHỤ LỤC HÌNH ẢNH QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI ........................ix
5. PHỤ LỤC BẢN VẼ HỆ DAO CẮT ............................................................. xii

GVHD: PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƯỜNG


11

Chương 1: MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Từ trước đến nay việc cắt-vớt rong, cỏ, vớt bèo lục bình và rác thải nổi trong
lòng kênh, mương cấp, tiêu nước và giao thông thủy ở các tỉnh trong cả nước đều làm
bằng lao động thủ công, năng suất thấp, không thể giải quyết hết các tuyến, vừa dọn
xong đầu này thì vài tháng sau rong cỏ lại tiếp tục phát triển trở lại ở đầu kia.
Rong, cỏ, rác thải nổi, bèo lục bình và các loại thực vật sinh sống chen nhau,
phát triển lâu ngày dưới lòng kênh, lòng hồ làm giảm vận tốc dịng chảy, giảm lưu
lượng cấp, thốt nước, giảm sức chứa nước trong lòng kênh, lòng hồ, cũng như làm
mất thẩm mỹ, mất vệ sinh môi trường trong các kênh rạch, làm cản trở giao thông
đường thuỷ, gây ngập úng, lụt cục bộ khu vực nội thành và ngoại thành của TP Hồ

Chí Minh, ngồi ra chúng cịn làm ô nhiễm môi trường nguồn nước sinh hoạt dọc
tuyến kênh, cản trở mơi trường sống các lồi thủy sinh.
Những trở ngại của rong, cỏ lục bình rác trên tuyến kênh, mương dẫn nước…và
các trạm bơm thuỷ lợi, thủy điện đang gây bức xúc cần phải giải quyết kịp thời

Hình 1. 1 Lục bình dày đặc ở lưu vực sơng

Hình 1.2 Lục bình dày đặc ở lưu vực kênh

Vàm Thuật, quận 12

Liên Vùng, quận Bình Chánh

Hàng năm Cơng ty Quản lý và khai thác Công Thuỷ Lợi Tp.HCM, Vườn Quốc
Gia U Minh Thượng, Các Cơng ty Cơng ích đều phải tổ chức ra qn để bảo trì dọn

GVHD: PGS.TS TRẦN DỖN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƯỜNG


12

vệ sinh lòng kênh, mương nhưng phần lớn chỉ làm tạm, khơng làm triệt để theo
mong muốn, do khơng có phương tiện máy móc nên tồn bộ việc cắt-vớt rong, cỏ,
thu dọn rác nổi, bèo tây trên kênh, mương hồ thuỷ lợi và vận chuyển lên bờ đều
phải làm bằng lao động thủ cơng rất khó khăn, rất vất vả. Do kích thước của rong và
cỏ dại, bèo tây, rác thải nổi vừa cồng kềnh vừa có khối lượng lớn nên năng suất và
chất lượng công việc rất thấp, công việc làm vệ sinh khơng đạt hiệu quả như mong
muốn.

Hình 1. 3: Lao động thủ cơng vớt lục bình chống muỗi khu vực Bình Thạnh, TPHCM
Để giải quyết vấn đề trên, một số địa phương đã sử dụng thuyền, xà lan kết hợp
với lao động thủ công để cắt dọn rong cỏ dại. Tuy nhiên giải pháp này chỉ mang tính
tạm thời vì hầu hết các cơng việc này phần lớn sử dụng bằng lao động thủ công rất
nặng nhọc. Do kích thước của rong cỏ, lục bình vừa cồng kềnh vừa có khối lượng lớn
nên năng suất và chất lượng công việc rất thấp. Mặt khác khi cắt rong cỏ, người ta
phải đóng kín các cửa van cấp nước lại để làm cạn nước trên toàn tuyến kênh, hồ,
mương. Việc ngưng cấp nước để làm vệ sinh trong nhiều ngày đã gây trở ngại cho
sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt dọc theo toàn bộ tuyến kênh, mương, hồ đi qua.
Trong khi ở các nước như Mỹ, Canada và Hà Lan người ta dùng các máy cắt-vớt
rong cỏ chuyên dùng để cắt rong cỏ đem lại hiệu quả kinh tế cao, tạo cảnh quan mơi
trường tốt.

GVHD: PGS.TS TRẦN DỖN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƯỜNG


13

Giải pháp đặt ra là cần phải nghiên cứu tính tốn hồn thiện thiết kế một máy
cắt –vớt rong cỏ, lục bình chun dùng thực hiện cơ giới hố việc cắt-vớt rong cỏ,
lục bình thay thế lao động thủ cơng, nâng cao năng suất và hiệu quả cắt-vớt rong cỏ,
lục bình dưới nước. Một trong những bộ phận chính của máy cắt-vớt rong, lục bình
là hệ dao cắt-vớt rong cỏ, lục bình dưới nước.
Vấn đề này thuộc một phần nội dung đã được nghiên cứu trong dự án sản xuất
“Hoàn thiện, thiết kế, chế tạo máy cắt - vớt rong, cỏ dại, lục bình loại máy B2.4
và B3.0” cho Cơng ty TNHH MTV Quản lý khai thác cơng trình thủy lợi TpHCM.
Nhiệm vụ chủ nhiệm dự án đặt ra cho tác giả là:

+ Lựa chọn nguyên lý cắt rong cỏ, lục bình trên kênh rạch, sơng, hồ
+ Nghiên cứu, tính toán thiết kế hệ dao cắt – vớt rong, cỏ dại, lục bình đảm
bảo độ tin cậy và chất lượng cắt cắt – vớt rong, cỏ dại, lục bình trên kênh, rạch.
+ Nghiên cứu động học và xác định các thơng số chính của hệ dao cắt ảnh
hưởng đến chất lượng cắt – vớt rong, cỏ dại, lục bình có đan xen các cây thực vật
thân gỗ, cỏ lau, cỏ dại mọc lan từ bờ ra mặt sơng.
1.2. Tính cấp thiết của đề tài
- Hiện nay các Công ty khai thác cơng trình thủy lợi, các Cơng ty vệ sinh
cơng ích của các Tỉnh, Thành phố đều phải tổ chức cắt vớt rong, cỏ lục bình, dọn vệ
sinh lịng kênh, mương hồ chứa nước đều phải làm bằng lao động thủ cơng rất khó
khăn, vất vả vì vậy nhu cầu về vấn đề cơ giới hoá dùng máy cắt rong cỏ, lục bình
dưới nước là rất lớn.
- Hệ dao cắt của máy cắt – vớt rong, cỏ dại, lục bình là bộ phận đầu tiên
được nghiên cứu, hoàn thiện trong quá trình thiết kế máy cắt – vớt rong, cỏ dại, lục
bình đáp ứng yêu cầu kênh rạch tại thành phố Hồ chí Minh.
1.3. Mục tiêu của luận văn
-

Nghiên cứu động học, tính tốn hồn thiện thiết kế, chế tạo hệ dao của máy
cắt - vớt rong, cỏ, lục bình trên kênh rạch, sông.

-

Khảo nghiệm, xác định các thông số cơng nghệ của hệ dao cắt ảnh hưởng
đến q trình cắt – vớt rong, cỏ dại, lục bình.

GVHD: PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƯỜNG

14

1.4. Nội dung thực hiện của luận văn
Để thực hiện được muc tiêu trên nhiệm vụ chính của luận văn dự kiến bao gồm các
nội dung cần giải quyết như sau :
5. Khảo sát và phân tích đặc tính cơ lý của cây rong, cỏ dại, lục bình mọc
dưới nước.
6. Tìm hiểu tổng quan về dao cắt và cấu tạo dao cắt các cây thực vật thân
mềm và thân cứng trong máy nơng nghiệp.
7. Nghiên cứu, tính tốn thiết kế, chế tạo hệ dao cắt – vớt rong, cỏ dại, lục
bình dưới nước
8. Khảo nghiệm xác định động học dao và các thông số công nghệ của hệ
dao cắt ảnh hưởng đến quá trình cắt rong cỏ, lục bình trên sông
1.5. Giới hạn nội dụng nghiên cứu
- Đề tài giới hạn trong phạm vi nghiên cứu, thực nghiệm theo nhiệm vụ của
dự án sản xuất “Hoàn thiện, thiết kế, chế tạo máy cắt - vớt rong, cỏ dại, lục bình
loại máy B2.4 và máy B3.0” cho Công ty TNHH MTV Quản lý khai thác cơng
trình thủy lợi TpHCM.
1.6. Ý nghĩa khoa học của luận văn
Trên cở sở lý thuyết cắt thái ứng dụng vào q trình tính tốn thiết kế hồn
thiện hệ dao cắt rong cỏ, lục bình dưới nước, khảo nghiệm xác định đặc tính động
học dao và các thơng số chính của hệ dao cắt ảnh hưởng đến quá trình cắt vớt rong
cỏ, lục bình trên kênh, rạch, sông.
1.7. Ý nghĩa thực tiễn của luận văn
- Ứng dụng kết quả nghiên cứu hệ dao cắt rong, cỏ lục bình dưới nước trong
lịng kênh, mương vào dự án “Hồn thiện, thiết kế, chế tạo máy cắt - vớt rong, cỏ
dại, lục bình loại máy B2.4 và máy B3.0” cho Cơng ty TNHH MTV Quản lý khai
thác cơng trình thủy lợi TpHCM” mà tác giả cùng tham gia thực hiện với tư cách
thành viên thiết kế, giám sát chế tạo, vận hành chuyển giao.

GVHD: PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƯỜNG


15

- Giải phóng lao động nặng nhọc trong việc dọn vệ sinh kênh mương hàng
năm ở các công ty khai thác cơng trình thuỷ lợi.
- Mặt nước trên kênh rạch, sơng ngịi thơng thống làm cho mơi trường trên
sơng kênh, rạch, hồ chứa nước được cải thiện và trở nên sạch sẽ. Môi trường sống trở
nên xanh và sạch hơn.
1.8 Phương pháp nghiên cứu
- Kế thừa các cơng trình, kết quả nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài
nước trong lãnh vực nghiên cứu loại dao cắt, cấu tạo dao cắt các cây thực vật thân
mềm và thân cứng trong máy nông nghiệp.
- Trên cở sở xác định lý thuyết q trình cắt rong cỏ dưới nước, nghiên cứu,
tính toán thiết kế cụm dao cắt rong cỏ dưới nước.
- Sử dụng chương trình Autocad release 2014 để thiết kế cụm dao cắt và các thiết
bị hỗ trợ.
- Sử dụng phần mềm statgraph 7.0 và SPSS – 16.0 xử lý số liệu thí nghiệm, từ
đó xác định đặc tính động học dao và các thơng số chính của cụm dao cắt ảnh
hưởng đến quá trình cắt rong cỏ dưới nước.
1. 9. Nội dung chính của luận văn dự kiến
Chương 1 : Mở đầu
Chương 2: Tổng quan về dao cắt và cấu tạo dao cắt các cây thực vật thân mềm.
Chương 3 : Lý thuyết q trình cắt thái có tấm kê
Chương 4 : Nghiên cứu tính tốn thiết kế, chế tạo hệ dao cắt rong, cỏ, lục bình
được lắp trên máy cắt – vớt rong, cỏ, lục bình.

Chương 5 : Khảo nghiệm xác định hệ số động học dao và các thông số công
nghệ của hệ dao cắt ảnh hưởng đến quá trình cắt rong cỏ dưới nước.
Chương 6 : Kết luận và kiến nghị.

GVHD: PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƯỜNG


16

Chương 2 :
TỔNG QUAN VỀ DAO CẮT CÂY THỰC VẬT THÂN MỀM
Q trình cắt thái diễn ra bởi dao có dạng nêm phẳng hoặc nêm không gian.
Lực cắt vào gây một áp suất riêng đáng kể giữa lưới dao và vật liệu cắt, dẫn đến sự
phá hủy mối liên kết giữa các phần vật liệu làm tách rời chúng ra. Quá trình cắt thái
phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Hình dạng hình học của dao (độ sắc, góc mài,
chiều dày và dạng cạnh sắc của dao), đặt tính vật liệu cắt (các tính chất của cơ lý vật
liệu cắt), các chế độ động học, động lực học của bộ phận cắt, thái…
2.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình cắt thái bằng lưỡi dao.
Các bộ phận làm việc của những máy cắt thái (rau, cỏ, rơm, củ quả) thường
dựa theo nguyên lý cắt thái bằng cạnh sắc của lưỡi dao. Lưỡi dao có thể xem như
đỉnh một góc nhị diện được tạo thành bởi những mặt vát. Nếu khảo sát dao khi
phóng đại lên thì thấy rằng : lưỡi dao khơng phải là một đường thẳng hình học, bởi
vì các mặt vát khơng cắt nhau để tạo thành góc nhị diện, nghĩa là lưỡi dao có độ dày
nhất định.

(y - bề dầy của lưỡi dao)
Hình 2. 1: Lưỡi dao
Độ sắc của dao được xác định không phải bằng trị số của góc nhị diện tạo

thành bởi những mặt vát mà bằng bản thân chiều dày của lưỡi. Nếu ta nhìn vào

GVHD: PGS.TS TRẦN DỖN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƯỜNG


17

đường lưỡi dao khi phóng đại thì nó có dạng một đường răng cưa ít hoặc nhiều (có
dạng chấu). Hình răng cưa được tạo thành do hai nguyên nhân sau đây:
- Mặt vát được đúc bằng khuôn, hạt của khuôn để lại rãnh nhỏ và giữa chúng
là những gờ nổi. Giao tuyến của những mặt không phẳng không thể là một đường
thẳng và ln ln là một đường răng khía.
Nếu mài lưỡi rất sắc mà khơng có thép hạt mịn thì trong khi mài một số tinh
thể được giữ lại và nằm tại chỗ, một số lại tách ra và đó là ngun nhân sinh ra
đường răng khía. Sự cắt của dao ngồi tác dụng bề mặt vát nêm cịn do chính bằng
cạnh sắc lưỡi dao. Nguyên lý cơ bản của việc cắt bằng lưỡi đã được V.P Goriatxkin
nghiên cứu. Theo V.P.Goriatxkin cắt thái được chia thành 2 phương pháp chính sau:
Cắt thái chặt bổ và cắt thái có trượt.

Hình 2. 2: Sơ đồ dịch chuyển tương đối của dao với vật liệu
Q trình thí nghiệm cho thấy q trình cắt thái có trượt làm giảm lực cắt thái
và tăng chất lượng thái. Khi thay đổi quả cân có trọng lượng khác nhau trong thí
nghiêm thì V.P.Goriatxkin đã thu được các kết quả khác nhau.

Hình 2. 3: Thí nghiệm cắt trượt của V.P.Goriatxkin.

GVHD: PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƯỜNG


18

1) vật liệu cắt; 2) dao cắt.

Hình 2. 4: Biểu diễn kết quả cắt trượt của V.P.Goriatxkin
Bảng 2. 1: Kết quả thí nghiệm cắt trượt của V.P.Goriatxkin

1
2
3

Khối lượng quả cân
Ng (g)
600
500
400

Hành trình tương đối của lưỡi dao
khi cắt đứt vật liệu S(mm)
1,5
2,0
8,0

4

300

20,0

5
6

200
100

100,0
160,0

STT

Q trình khảo nghiệm bộ phận cắt thái có trượt làm giảm lực cắt thái và tăng
chất lượng thái. Cắt thái có trượt giảm được áp lực cắt thái có thể thấy ở hai nguyên
nhân sau đây:
- Bất cứ một cạnh sắc nào của lưỡi dao cũng không phải là một đường thẳng
mà qua kính hiển vi ta sẽ thấy có hình răng cưa. Nếu cắt khơng trượt thì dao đè lên
vật liệu, sơ bộ nén chặt trước khi phá hủy, do đó làm tăng sức cản cắt của nó. Nếu
khi cắt lưỡi dao trượt lên vật liệu thì các khía lồi sẽ lấy những phần tử vật liệu, cố
định những vật liệu này dời khỏi chỗ. Giữa những phần tử nằm cạnh nhau và xen kẻ
nhau sẽ sinh ra ứng suất kéo pháp tuyến thay cho ứng suất nén. Đa số các vật liệu
(vật liệu dẻo, mềm, đàn hồi) khi chịu kéo, chịu cắt có sức cản tức thời nhỏ hơn so
với khi nén (ép). Nếu ta tạo sự trượt dọc của lưỡi dao vào quá trình cắt thái thì sự

GVHD: PGS.TS TRẦN DỖN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƯỜNG

19

phá hủy mối liên hệ nguyên thủy các phần tử vật liệu được tạo ra bằng cách kéo chứ
không phải bằng cách nén.
- Ngun nhân thứ hai có tính chất hình học. Khi khảo sát 1 cm chiều dài của
lưỡi dao và một dải vật liệu bị cắt chuyển dịch trên nó. Nếu dao chuyển dịch thẳng
góc với chiều dài bằng chiều dài của nó thì đoạn dao sẽ cắt một dải có chiều dài
bằng chiều dài lưỡi dao đã cho. Nếu cắt có trượt do phải dịch chuyển dưới một góc
vng đối với pháp tuyến, nên chiều dài dải vật liệu 1 cm chiều dài lưỡi dao trở nên
hẹp hơn. Điều này có nghĩa là cùng 1cm chiều dài đoạn lưới dao thì cắt thái có trượt
chỉ phải phá hủy một lượng ít hơn các thớ hạt vật liệu.
2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cắt thái
2.2.1 Áp suất cắt thái riêng
Áp suất cắt thái riêng của lưỡi dao trên vật thái là đại lượng đặc trưng cho
q trình cắt thái bằng lưỡi dao và được tính theo cơng thức:
q =N/∆S(N/cm)
Trong đó:
N - lực ép pháp tuyến của dao lên vật liệu, N;
∆S - chiều dài lưỡi dao chìm vào vật thái, cm;
Áp suất cắt thái phụ thuộc vào độ sắc của dao, góc mài dao, các tính chất cơ lý
của vật thái, chế độ làm việc của dao.

Hình 2. 5: Góc cắt thái.

GVHD: PGS.TS TRẦN DỖN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƯỜNG


20

α- Góc cắt thái; β- Góc đặt dao; σ- Góc sắc của dao; σ'- Góc sắc của tấm kê;δ- khe
hở giữa cạnh sắc lưỡi dao và cạnh sắc tấm kê.
2.2.2 Độ sắc lưỡi dao.
Độ sắc lưỡi dao được đo bằng bề dầy y của cạnh sắc lưỡi dao, lưỡi dao có bề
dầy càng nhỏ việc cắt thái càng dễ dàng và ngược lại.
2.2.3 Góc cắt thái α
Góc cắt thái α ảnh hưởng tới áp suất cắt thái và góc này bằng tổng của hai
góc: góc đặt dao β và góc mài σ.
α=β+σ
Góc cắt thái càng nhỏ thì áp suất cắt càng bé tuy nhiên để đảm bảo độ bền của
dao thì góc cắt thái phải đủ lớn.
2.2.4 Khe hở giữa cạnh sắc lưỡi dao và cạnh sắc tấm kê
Khe hở càng bé thì hiệu quả cắt càng cao. Cần tính toán khe hở hợp lý để giảm
lực ma sát cản trở quá trình cắt.
2.3 Các bộ phận làm việc và cơ cấu dùng để cắt thái
2.3.1 Các hình dạng dao cắt cơ bản
 Dao dạng đĩa phẳng.
 Dao dạng đĩa răng.
 Dao dạng phẳng
 Dao dạng dải răng.
 Dao dạng lưỡi liềm.
 Dao dạng hình chén.
 Dao dạng hình nón cụt.
 Dao dạng cung cong.
 Dao dạng chậu.
 Dao dạng đường xoắn.

GVHD: PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƯỜNG


21

Hình 2. 6: Các dạng dao cắt cơ bản.
a)Dao đĩa phẳng; b)Dao dĩa răng; c) Dao lưỡi bản; d) Dao dải răng; e,f) Dao cắt lưỡi
liềm; g) Dao dạng hình chén; h) Dao dạng xoắn; i) Dao dạng dây.
2.3.2 Các dạng lưỡi cắt cơ bản






Lưỡi dao dạng răng.
Lưỡi dao dạng sóng.
Lưỡi dao dạng phẳng.
Lưỡi dao dạng mài một mặt nhẵn.
Lưỡi dao dạng mài hai mặt nhẵn.

Hình 2. 7: Các dạng lưỡi dao cơ bản.
a) Lưỡi răng nhọn; b,c) Lưỡi răng cong; d) Lưỡi mài một mặt nhẵn;
e) Lưỡi mài hai mặt nhẵn

GVHD: PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƯỜNG

22

2.3.3 Các dạng chuyển động của dao cắt





Kiểu dao quay.
Kiểu dao tịnh tiến.
Kiểu dao cố định.
Kiểu dao chuyển động dao động.

Hình 2. 8: Các dạng chuyển động của dao cắt.
a) Kiểu dao quay tròn; b) Kiểu dao lắc; c) Kiểu dao dĩa quay tròn; d) Dao
cắt bằng dây chuyển động tịnh tiến; e) Dao cắt bằng dây cố định.
2.3.4 Các dạng cắt của dao chủ yếu
 Cắt dưới áp lực.
 Cắt kiểu bào.
 Cắt tự do.

Hình 2. 9: Các dạng cắt của dao.
a) Nén có tấm kê; b) Bào; c) Tự do,

GVHD: PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƯỜNG


23

2.4 Tình hình nghiên cứu ứng dụng cụm dao cắt thái có tấm kế trong nước và trên
thế giới.
2.4.1 Khảo sát, tìm hiểu nguyên tắc làm việc một số dao cắt trên máy thu hoạch.
2.4.1. 1 Khảo sát máy gặt xếp dãy (Reaper windrower).
Máy gặt lúa xếp dãy là loại máy thực hiện nhiều giai đoạn trong việc thu
hoạch lúa. Nhiệm vụ của máy gặt là cắt lúa trong bề rộng làm việc của dao cắt từ 1
– 1,5m sau đó xếp thành một dãy cây lúa đã gặt trên đồng về bên phải (nhìn từ sau).
+ Yêu cầu kỹ thuật nơng học của nó
- Độ sót do cắt 0,5%
- Độ xếp rối 4%
- Điều chỉnh được chiều cao cắt lúa tùy theo mục đích sử dụng rơm rạ
- Làm việc tốt khi độ ẩm cao, tỷ lệ cỏ dại trong thảm thực vật cao.
+ Cấu tạo máy gặt lúa xếp dãy
6
5
4
3
2

1

Hình 2. 10: Máy gặt lúa xếp dãy
1- mũi rẽ; 2- dao cắt; 3- bánh sao; 4- tấm đỡ; 5- khung; 6- tay lái
+ Nguyên lý hoạt động: Mũi rẽ (1) có tác dụng phân chia khối lúa vào khoảng
cắt có bố trí các dao (2) gắn trên thanh dao khơ bố trí trên tồn chiều dài của thanh
như các thanh dao cắt cỏ, mà chỉ bố trí ở những khoảng gom lúa của mũi rẻ. Bánh

GVHD: PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƯỜNG


24

sau tự chạy quanh trục của nó nhờ tay gạt gắn trên băng chuyền (4), giữ cho dao cắt.
Sự chuyển động của băng chuyền và bánh sau sẽ đưa dần cây lúa đã cắt chuyển
sang phải và xếp thành dãy trên đồng.
Bộ phận cắt của máy lúa sếp dãy có dao cắt loại thông thường S = t = t0 =
76,2mm ( t - là bước dao; S - bước chạy dao; t0 - bước của răng dao). Dao cắt của
máy loại hở có tấm kê cắt, năng suất cắt 0,3ha/giờ, tốc độ làm việc 1,5 -2 km/h.
Máy xuất xứ từ Trung Quốc và được Viện lúa quốc tế (IRRI) phổ biến. Có nhược
điểm là năng suất thấp, điều khiển khó khăn.
2.4.1.2 Máy gặt đập liên hợp (Combine).
Máy thu hoạch một giai đoạn tức là vừa cắt lúa vừa đập trên cùng một tổ hợp
Bộ phận dao cắt: dao cắt của máy gặt đập liên hợp chuyển động tịnh tiến,
dao cắt của loại máy này có bước chạy dao, bước dao, bước răng theo công thức:
t = t0 = S +2. S = 90mm (S là bước chạy thêm giá trị khoảng 7mm)
Dao cắt có băm chấu, giúp cho việc cắt tốt hơn, truyền động chính cho dao là
cơ cấu biên – tay quay phẳng hoặc khơng gian.
2
4
1
3

Hình 2. 11: Máy gặt đập liên hợp loại mini

GVHD: PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƯỜNG

25

Hình 2. 12: Máy gặt đập liên hợp
Nguyên lý hoạt động: Khi máy đi vào thảm lúa, mũi rẽ (1) sẽ phân định ra
phần lúa sẽ được cắt và không cắt. Guồng gạt (2) có nhiệm vụ giữ lúa cho dao cắt
(3) cắt đứt thân cây lúa sau đó guồng gạt hất lúa đã cắt vào trục vít gom lúa (4) và
đưa vào cơ cấu đập.
2.4.2 Tình hình nghiên cứu dao cắt rong cỏ trên thế giới
- Hoa Kỳ và Canada là hai quốc gia hàng đầu trên thế giới có nhiều sáng chế
về máy cắt rong, cỏ dại dưới nước (trong lịng sơng, mương, hồ chứa nước). Những
máy này được gọi là “Aquatic Weeds Harvester ”. Các loại máy này phục vụ hầu
hết các bang của nước Mỹ, đặc biệt là các bang có nhiều ao hồ sơng ví dụ như ở
bang Wiscosin có đến 10 cơng ty, Bang NewYork có 5 cơng ty, bang California có
4 cơng ty... Máy có nhiệm vụ cắt cỏ dại, rong tảo dưới nước.
- Theo khảo sát máy cắt rong cỏ tại Hoa Kỳ và Canada thì rong, cỏ được cắt
theo nguyên lý cắt có tấm kê kiểu tơng đơ. Một bộ dao cắt gồm một dao ngang và
hai dao dọc, ba dao cắt này hình thành một bộ dao cắt chữ U. Dao cắt chạy bằng cơ
cấu cam lệch tâm và thanh truyền, quả lệch tâm được lắp thẳng lên động cơ thuỷ
lực, Khi dao làm việc lưỡi cắt chuyển động qua lại với hành trình xác định. Dao cắt
có kích thước khác nhau nhỏ nhất là 76 mm và lớn nhất là 150mm. Kích thước dao
tuy thuộc theo mật độ cỏ trên sơng . Các lưỡi cắt có thể thay thế được từng cái trong
trường hợp một trong các lưỡi dao hư hỏng hoặc có sự cố khi gặp vật cản trong

GVHD: PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƯỜNG