Nghiên cứu động học và xác định các thông số chính của cụm dao cắt ảnh hưởng đến chất lượng quá trình cắt rong cỏ dại trên sông

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 THƠNG SỐ CHÍNH CỦA CỤM DAO CẮT
ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG
Q TRÌNH CẮT RONG CỎ DẠI TRÊN SƠNG
Chun ngành : Công Nghệ Chế Tạo Máy
Mã số
: 605204

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2008


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 : PGS.TS Phạm Ngọc Tuấn ……………………………
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 2 : PGS.TS Thái Thị Thu Hà ………………………………

(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 07 tháng 01 năm 2009
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.
2.
3.
4.
5.

PGS.TS Trần Doãn Sơn
PGS.TS Phạm Ngọc Tuấn
PGS.TS Thái Thị Thu Hà
TS Nguyễn Ngọc Phương
TS Nguyễn Tuấn Kiệt

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 đánh giá LV

Bộ môn quản lý chuyên ngành


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 . . . . .
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: Nguyễn Minh Cường

Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 08 – 02 – 1977

Nơi sinh : Tây Ninh

Chuyên ngành : Cơng Nghệ Chế Tạo Máy
Khố (Năm trúng tuyển) : 2006
1- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu động học và xác định các thơng số chính
của cụm dao cắt ảnh hưởng đến chất lượng quá trình cắt rong cỏ dại trên sơng.
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
1. Khảo sát và phân tích đặc tính cơ lý của cây rong, cỏ dại 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 tốn thiết kế cụm dao cắt rong cỏ dưới nước
4. Khảo nghiệm xác định đặc tính động học dao và các thơng số chính của
cụm dao cắt ảnh hưởng đến chất lượng quá trình cắt rong cỏ dưới nước.
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi đầy đủ học hàm, học vị ):
PGS. TS Trần Doãn Sơn
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành
thông qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

PGS. TS Trần Doãn Sơn


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 thầy Trần Dỗn Sơn và sự giúp đỡ của ThS. 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” 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

1

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Hệ dao cắt rong là một trong số những bộ phận quan trọng của máy cắt rong cỏ
dƣới nƣớc thuộc đề tài cấp nhà nƣớc KC05 – 01/06-10. Trong giới hạn của đề tài
“Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống máy, thiết bị cắt rong, cỏ dại, vớt bèo tây,
rác thải nổi trong lòng kênh, mƣơng, hồ chứa nƣớc”, tác giả tập trung vào vấn đề
nghiên cứu lựa chọn kiểu dao cắt, tính tốn thiết kế dao cắt rong, cỏ dại trong môi
trƣờng nƣớc dƣới điều kiện là mật độ rong, cỏ dại dày đặc đan sen chồng chất lên
nhau trong lịng kênh, sơng, hồ thủy lợi.
Tác giả đã tiến hành khảo sát các loại rong, cỏ, đo đạc xác định đặc điểm cơ lý
tính của rong cỏ ( đối tƣợng 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 dao, bộ
phận cắt uốn nghiêng cây từ đó tiến hành tính tốn và xác định hình dạng kích thƣớc
lƣỡi dao, lực tác dụng lên dao và cơng suất tiêu thu cho dao cắt. Việc tính toán thiết
kế dao cắt rong, cỏ dại đã đảm bảo mục tiêu cắt sạch đƣợc rong, cỏ dại dƣới mặt
nƣớc, 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 đã đƣợc tiến hành thực nghiệm cắt rong cỏ trên kênh Tây tại
Hồ dầu tiếng tỉnh Tây Ninh, đồng thời xác định đƣợc các thơng số chính ảnh hƣởng
đến chất lƣợng cắt rong cỏ dƣới nƣớc.

GVHD: PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƢỜNG


2

SUMARY OF THE THESIS
Cutters system is the sine-qua-non component of the aquatic plant/weed
harvester beloging to the government level project KC05-01/06-10. Within the
framework of the reseacrch topics “Designing and manufacturing aquatic
plant/weed harvester”, the author is dedicated to the selection of cutter types, the
engineering design of the selected cutters for aquatic plant/weed harvesters. A
survey on the physical properties of the various weeds/plants was undertaken. 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.
Cutters system of the aquatic plant/weed harvester, work has been cutting
grass on the channel Tay of the Dau Tieng lake, Tay Ninh province, identified the
main parameters affecting the quality of grass cutting underwater.

GVHD: PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƢỜNG


3

MỤC LỤC
TÓM TẮT LUẬN VĂN ............................................................................................ 1
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................ 6
CHƢƠNG 1 : .............................................................................................................. 8

TỔNG QUAN VỀ DAO CẮT CÂY THỰC VẬT THÂN MỀM .............................. 8
1.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình cắt thái bằng lƣỡi dao. ........................................8
1.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình cắt thái ...................................................11
1.2.1 Áp suất cắt thái riêng ................................................................................11
1.2.2 Độ sắc lưỡi dao.........................................................................................12
1.2.3 Góc cắt thái α ...........................................................................................12
1.2.4 Khe hở giữa cạnh sắc lưỡi dao và cạnh sắc tấm kê .................................12
1.3 Các bộ phận làm việc và cơ cấu dùng để cắt thái ........................................12
1.3.1 Các hình dạng dao cắt cơ bản ..................................................................12
1.3.2 Các dạng lưỡi cắt cơ bản .........................................................................13
1.3.3 Các dạng chuyển động của dao cắt ..........................................................14
1.3.4 Các dạng cắt của dao chủ yếu ..................................................................14
1.4 Tình hình nghiên cứu ứng dụng cụm dao cắt thái có tấm kế trong nƣớc và . .......15
1.4.1 Khảo sát, tìm hiểu nguyên tắc làm việc một số dao cắt trên máy thu hoạch. 15
1.4.2 Tình hình nghiên cứu dao cắt rong cỏ trên thế giới .................................17
1.4.3 Tình hình nghiên cứu dao cắt có tấm kê trong nước ................................ 18
1.5 Khảo sát, tìm hiểu đặc tính cây rong, cỏ dại ...................................................18
1.5.1 Rong đuôi chồn .........................................................................................19
1.5.2 Rong Hydrilla ...........................................................................................20
1.6 Khảo sát hiện trạng rong cỏ trong lòng kênh mƣơng của tỉnh Tây Ninh .......21
1.7 Nhu cầu nghiên cứu .........................................................................................22
1.8 Nhiệm vụ nghiên cứu ......................................................................................22
1.9 Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................................22
1.10 Giới hạn nội dụng nghiên cứu .......................................................................23
1.11 Ý nghĩa khoa học của đề tài ..........................................................................23
CHƢƠNG 2 :
LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH CẮT THÁI CÓ TẤM KÊ ........................................... 24
2.1 Nguyên lý cắt thái ............................................................................................24
2.2 Cơ cấu chuyển động cho bộ phận cắt ..............................................................25
2.3 Đƣờng đặc tính động học của dao ...................................................................25

2.4 Vận tốc làm việc của dao ................................................................................27
2.4.1 Chất lượng dao cắt phụ thuộc ..................................................................28
2.4.2 Vận tốc cắt ban đầu và vận tốc cắt kết thúc. ............................................29

GVHD: PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƢỜNG


4

2.5 Hiện tƣợng cắt uốn nghiêng cây, cắt trùng và cắt sót. ....................................31
2.5.1 Hiện tượng cắt uốn nghiêng cây ...............................................................31
2.5.2 Hiện tượng cắt sót.....................................................................................35
2.5.3 Hiện tượng cắt trùng.................................................................................35
2.6 Lực tải cạnh sắc của dao. .................................................................................36
2.7 Diện tích dao chạy hai lần. .............................................................................38
2.9 Lực tác dụng lên dao. ......................................................................................42
2.10 Năng suất và công suất của cụm dao cắt theo lý thuyết. ...............................44
CHƢƠNG 3 :
TÍNH TỐN THIẾT KẾ CỤM DAO CẮT RONG CỎ DƢỚI NƢỚC................... 45
3.1 Chọn phƣơng án thiết kế. ................................................................................45
3.2 Lựa chọn sơ bộ cụm dao cắt. ...........................................................................45
3.3 Hoạt động hệ dao cắt gắn theo máy. ...............................................................46
3.4 Các thông số yêu cầu của đề tài. ....................................................................46
3.5 Cơ cấu chuyển động cho bộ phận cắt. ............................................................47
3.6 Kích thƣớc cơ bản của dao ..............................................................................47
3.7 Tính tốn các bộ phận làm việc chính của cụm dao máy cắt rong, cỏ dại. .....49
3.7.1 Lực tải cạnh sắc của dao. .........................................................................49
3.7.2 Diện tích dao chạy hai lần ........................................................................50

3.7.3 Năng suất và công suất của cụm dao cắt theo lý thuyết. .......................51
3.8 Tính bền lƣỡi dao cắt. .....................................................................................52
3.9 Tính tốn mối lắp dao bằng bulơng. ................................................................ 52
3.10 Tính tốn thiết kế bộ dao dứng ......................................................................54
3.10.1 Thanh lắp dao di động bộ dao đứng .......................................................54
3.10.3 Lực tác dụng lên bộ truyền bộ dao đứng ................................................57
3.10.4 Tiết diện thanh truyền của cơ cấu tay quay dao đứng. ..........................58
3.10.5 Tiết diện tay quay dao đứng. ..................................................................59
3.10.6 Công suất động cơ cho bộ dao đứng. .....................................................60
3.11 Tính tốn thiết kế bộ dao ngang ....................................................................60
3.11.1 Thanh lắp dao di động bộ dao ngang. ....................................................60
3.11.2 Tấm đế bắt dao cố định bộ dao ngang. ..................................................62
3.11.3 Lực tác dụng lên bộ truyền bộ dao ngang. ............................................64
3.11.5 Tiết diện tay quay dao ngang. ................................................................ 66
3.11.6 Công suất động cơ cho bộ dao ngang. ...................................................67
CHƢƠNG 4 :
KHẢO NGHIỆM HỆ DAO CẮT RONG CỎ DƢỚI NƢỚC .................................. 68
4.1 Yêu cầu đối với thực nghiệm ..........................................................................68
4.2 Khảo nghiệm khơng tải ...................................................................................68
4.2.1 Qui trình khảo nghiệm khơng tải ..............................................................68

GVHD: PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƢỜNG


5

4.2.2 Kết quả hoạt động ........................................................................................68
4.3 Khảo nghiệm có tải ..........................................................................................68

4.3.1 Hệ thống chỉ tiêu và phương pháp đánh giá ............................................68
4.3.2 Xác định mật độ rong cỏ ...........................................................................70
4.3.3 Khảo nghiệm vận tốc hệ dao cắt và vận tốc tiến của máy .......................72
4.3.4 Khảo nghiệm hệ dao cắt rong của máy cắt rong. .....................................78
NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN ................................................................................... 88
BÀI BÁO KHOA HỌC ............................................................................................ 90
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 90
PHỤ LỤC .................................................................................................................... I
Phụ lục 1: Hình vẽ và bảng biểu
Phụ lục 2: Xử lý số liệu bằng SPSS.
Phụ lục 3: Hình ảnh quá trình thực hiện đề tài.
Phụ lục 4: Bản vẽ thiết kế hệ dao cắt

GVHD: PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƢỜNG


6

LỜI NĨI ĐẦU
Rong, cỏ mọc và phát triển trong lịng ở các kênh, sông hồ chứa nƣớc thuỷ
lợi làm ảnh hƣởng tới lƣu lƣợng chứa nƣớc, giảm vận tốc dòng chảy, cản trở thuyền
bè đi lại, cũng nhƣ gây ô nhiễm môi trƣờng nƣớc trong việc nuôi trồng thuỷ sản. Do
chƣa có máy móc chuyên dùng cho việc cắt rong cỏ dƣới nƣớc nên các địa phƣơng
phải dùng các thiết bị thủ công để thực hiện, công việc làm vệ sinh không đạt hiệu
quả nhƣ mong muốn.
Để giải quyết vấn đề trên, một số địa phƣơng 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 thƣớc của rong cỏ, vừa cồng kềnh vừa có khối lƣợng lớn nên
năng suất và chất lƣợng công việc rất thấp. Mặt khác khi cắt rong cỏ, ngƣời ta phải
đóng kín các cửa van cấp nƣớc lại để làm cạn nƣớc trên toàn tuyến kênh, hồ, mƣơng.
Việc ngƣng cấp nƣớc 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, mƣơng, hồ đi qua. Trong khi ở
các nƣớc nhƣ Mỹ, Canada và Hà Lan ngƣời ta dùng các máy cắt rong cỏ chuyên dùng
để cắt rong, cỏ vừa cho năng suất cao, vừa không bị rơi vãi cỏ dại sau khi cắt xuống
nƣớc mà cịn sử dụng rất ít lao động, cơng việc khơng nặng nhọc, khơng mất vệ
sinh, an tồn cho ngƣời lao động, đem lại hiệu quả kinh tế cao, tạo cảnh quan môi
trƣờng tốt.
Giải pháp đặt ra là cần phải nghiên cứu tính tốn thiết kế một máy cắt rong
chun dùng thực hiện cơ giới hoá việc cắt rong cỏ thay thế lao động thủ công,
nâng cao năng suất và hiệu quả cắt rong cỏ dƣới nƣớc. Một trong những bộ phận
chính của máy cắt rong là cụm dao cắt rong cỏ dƣới nƣớc.
Do rong cỏ dại phát triển tự nhiên trong môi trƣờng nƣớc nên yêu cầu đặt ra
là phải cắt sạch, độ tin cậy cao, việc cắt phải đồng bộ với việc gom rong cỏ và sự di
chuyển của máy trong q trình cắt.

GVHD: PGS.TS TRẦN DỖN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƢỜNG


7

Vấn đề này thuộc một phần nội dung đang đƣợc nghiên cứu trong đề tài
nghiên cứu khoa học “ Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống máy, thiết bị cắt
rong, cỏ dại, vớt bèo tây, rác thải nổi trong lòng kênh, mƣơng, hồ chứa nƣớc”.
Do Ths Bùi Trung Thành làm chủ nhiệm thuộc chƣơng trình khoa học & cơng
nghệ trọng điểm cấp nhà nƣớc lĩnh vực nghiên cứu, phát triển và ứng dụng cơng

nghệ cơ khí chế tạo KC05/06-2010 mà tác giả cùng tham gia thực hiện với tƣ cách
phối hợp nghiên cứu thực hiện đề tài.

GVHD: PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƢỜNG


8

Chƣơng 1 :
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 lƣới 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 nhƣ : 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…
1.1 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) thƣờng
dựa theo nguyên lý cắt thái bằng cạnh sắc của lƣỡi dao. Lƣỡi dao có thể xem nhƣ
đỉnh một góc nhị diện đƣợc tạo thành bởi những mặt vát. Nếu khảo sát dao khi
phóng đại lên thì thấy rằng : lƣỡi dao khơng phải là một đƣờng thẳng hình học, bởi
vì các mặt vát khơng cắt nhau để tạo thành góc nhị diện, nghĩa là lƣỡi dao có độ dày
nhất định.

(y - bề dầy của lƣỡi dao)
Hình 1.1- Lƣỡi dao.
Độ sắc của dao đƣợc xác định không phải bằng trị số của góc nhị diện tạo
thành bởi những mặt vát mà bằng bản thân chiều dày của lƣỡi. Nếu ta nhìn vào

GVHD: PGS.TS TRẦN DỖN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƢỜNG


9

đƣờng lƣỡi dao khi phóng đại thì nó có dạng một đƣờng răng cƣa ít hoặc nhiều (có
dạng chấu). Hình răng cƣa đƣợc tạo thành do hai nguyên nhân sau đây:
- Mặt vát đƣợc 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 đƣờng
thẳng và ln ln là một đƣờng răng khía.
Nếu mài lƣỡi rất sắc mà khơng có thép hạt mịn thì trong khi mài một số tinh
thể đƣợc giữ lại và nằm tại chỗ, một số lại tách ra và đó là ngun nhân sinh ra
đƣờng răng khía. Sự cắt của dao ngồi tác dụng bề mặt vát nêm cịn do chính bằng
cạnh sắc lƣỡi dao. Nguyên lý cơ bản của việc cắt bằng lƣỡi đã đƣợc V.P Goriatxkin
nghiên cứu. Theo V.P.Goriatxkin cắt thái đƣợc chia thành 2 phƣơng pháp chính sau:
Cắt thái chặt bổ và cắt thái có trƣợt.

Hình 1.2-Sơ đồ dịch chuyển tƣơng đối của dao với vật liệu
Q trình thí nghiệm cho thấy q trình cắt thái có trƣợt làm giảm lực cắt thái
và tăng chất lƣợng thái. Khi thay đổi quả cân có trọng lƣợng khác nhau trong thí
nghiêm thì V.P.Goriatxkin đã thu đƣợc các kết quả khác nhau.

Hình 1.3- Thí nghiệm cắt trƣợt của V.P.Goriatxkin.
1) vật liệu cắt; 2) dao cắt.
GVHD: PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƢỜNG

10

Hình 1.4 - Biểu diễn kết quả cắt trƣợt của V.P.Goriatxkin.
Bảng 1.1 Kết quả thí nghiệm cắt trƣợt của V.P.Goriatxkin

1

Khối lƣợng quả cân
Ng (g)
600

Hành trình tƣơng đối của lƣỡi dao
khi cắt đứt vật liệu S(mm)
1,5

2

500

2,0

3

400

8,0

4

300

20,0

5

200

100,0

6

100

160,0

STT

Quá trình khảo nghiệm bộ phận cắt thái có trƣợt làm giảm lực cắt thái và tăng
chất lƣợng thái. Cắt thái có trƣợt giảm đƣợc áp lực cắt thái có thể thấy ở hai nguyên
nhân sau đây:
- Bất cứ một cạnh sắc nào của lƣỡi dao cũng khơng phải là một đƣờng thẳng
mà qua kính hiển vi ta sẽ thấy có hình răng cƣa. Nếu cắt khơng trƣợt thì dao đè lên
vật liệu, sơ bộ nén chặt trƣớc khi phá hủy, do đó làm tăng sức cản cắt của nó. Nếu
khi cắt lƣỡi dao trƣợt 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 trƣợt dọc của lƣỡi dao vào q trình cắt thái thì sự

GVHD: PGS.TS TRẦN DỖN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƢỜNG


11

phá hủy mối liên hệ nguyên thủy các phần tử vật liệu đƣợc 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
lƣỡi 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 lƣỡi dao đã cho. Nếu cắt có trƣợt do phải dịch chuyển dƣới một góc
vng đối với pháp tuyến, nên chiều dài dải vật liệu 1 cm chiều dài lƣỡi dao trở nên
hẹp hơn. Điều này có nghĩa là cùng 1 cm chiều dài đoạn lƣới dao thì cắt thái có
trƣợt chỉ phải phá hủy một lƣợng ít hơn các thớ hạt vật liệu.
1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cắt thái
1.2.1 Áp suất cắt thái riêng
Áp suất cắt thái riêng của lƣỡi dao trên vật thái là đại lƣợng đặc trƣng cho
quá trình cắt thái bằng lƣỡi dao và đƣợc 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 lƣỡi 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.

Hình1.5 - Góc cắt thái.
GVHD: PGS.TS TRẦN DỖN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƢỜNG


12

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 lƣỡi dao và cạnh sắc tấm kê.
1.2.2 Độ sắc lƣỡi dao.
Độ sắc lƣỡi dao đƣợc đo bằng bề dầy y của cạnh sắc lƣỡi dao, lƣỡi dao có bề
dầy càng nhỏ việc cắt thái càng dễ dàng và ngƣợc lại.
1.2.3 Góc cắt thái α
Góc cắt thái α ảnh hƣởng 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.
1.2.4 Khe hở giữa cạnh sắc lƣỡi 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.
1.3 Các bộ phận làm việc và cơ cấu dùng để cắt thái
1.3.1 Các hình dạng dao cắt cơ bản












Dao dạng đĩa phẳng.
Dao dạng đĩa răng.
Dao dạng phẳng
Dao dạng dải răng.
Dao dạng lƣỡi liềm.
Dao dạng hình chén.
Dao dạng hình nón cụt.
Dao dạng cung cong.
Dao dạng chậu.
Dao dạng đƣờng xoắn.

GVHD: PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƢỜNG


13

Hình 1.6 - Các dạng dao cắt cơ bản.
a)Dao đĩa phẳng; b)Dao dĩa răng; c) Dao lƣỡi bản; d) Dao dải răng; e,f) Dao cắt lƣỡi
liềm; g) Dao dạng hình chén; h) Dao dạng xoắn; i) Dao dạng dây.
1.3.2 Các dạng lƣỡi cắt cơ bản






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

Hình 1.7 - Các dạng lƣỡi dao cơ bản.
a) Lƣỡi răng nhọn; b,c) Lƣỡi răng cong; d) Lƣỡi mài một mặt nhẵn;
e) Lƣỡi mài hai mặt nhẵn

GVHD: PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƢỜNG


14

1.3.3 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 1.8 - 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.
1.3.4 Các dạng cắt của dao chủ yếu
 Cắt dƣới áp lực.
 Cắt kiểu bào.
 Cắt tự do.

Hình 1.9 - Các dạng cắt.
a) Nén có tấm kê; b) Bào; c) Tự do,
GVHD: PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƢỜNG


15

1.4 Tình hình nghiên cứu ứng dụng cụm dao cắt thái có tấm kế trong nước và trên
thế giới.
1.4.1 Khảo sát, tìm hiểu nguyên tắc làm việc một số dao cắt trên máy thu hoạch.
1.4.1. 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 đƣợc 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 1.10 – 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
nhƣ 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 CƢỜNG


16

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 đƣa 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 thƣờng S = t = t0 =
76,2mm ( t - là bƣớc dao; S - bƣớc chạy dao; t0 - bƣớc 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 đƣợc Viện lúa quốc tế (IRRI) phổ biến. Có nhƣợc
điểm là năng suất thấp, điều khiển khó khăn.
1.4.1.2 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 bƣớc chạy dao, bƣớc dao, bƣớc răng theo công thức:
t = t0 = S +2. S = 90mm (S là bƣớc 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 1.11a - Máy gặt đập liên hợp

GVHD: PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƢỜNG


17

Hình 1.11b – 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 đƣợc 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
đƣa vào cơ cấu đập.
1.4.2 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 dƣới nƣớc (trong lịng sơng, mƣơng, hồ chứa nƣớc). Những
máy này đƣợc gọi là “Aquatic Weeds Harvester ”. Các loại máy này phục vụ hầu
hết các bang của nƣớc Mỹ, đặc biệt là các bang có nhiều ao hồ sơng ví dụ nhƣ 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 dƣới nƣớc.
- Theo khảo sát máy cắt rong cỏ tại Hoa Kỳ và Canada thì rong, cỏ đƣợc 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 đƣợc lắp thẳng lên động cơ thuỷ
lực, Khi dao làm việc lƣỡi cắt chuyển động qua lại với hành trình xác định. Dao cắt
có kích thƣớc khác nhau nhỏ nhất là 76 mm và lớn nhất là 150mm. Kích thƣớc dao
tuy thuộc theo mật độ cỏ trên sơng . Các lƣỡi cắt có thể thay thế đƣợc từng cái trong
trƣờng hợp một trong các lƣỡi dao hƣ hỏng hoặc có sự cố khi gặp vật cản trong
GVHD: PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƢỜNG


18

nƣớc. Cụm dao cắt hoạt động bằng ba động cơ thuỷ lực truyền động cho dao lắp
song song trên mạch thuỷ lực.
1.4.3 Tình hình nghiên cứu dao cắt có tấm kê trong nƣớc
Năm 2001-2003 Viện Nghiên cứu Thuỷ Lợi đã nghiên cứu & thực hiện đề
tài máy cắt rong. Tác giả sử dụng nguyên lý cắt rong không đế tựa dạng đĩa (
không răng cƣa), bƣớc đầu đã thiết kế, chế tạo & hình thành mẫu máy cắt rong và
đã đƣợc thử nghiệm tại tỉnh Thái Nguyên. Do còn nhiều tồn tại về nguyên lý làm
việc của một số bộ phận căn bản cũng nhƣ thiết kế của chúng nên máy hiện chƣa
đƣợc công bố và ứng dụng vào sản xuất.
Máy gặt lúa xếp dãy nghiên cứu tại Việt Nam (Vikyno) là loại máy thực hiện
việc thu hoạch lúa. Bộ phận cắt của máy này có dao cắt loại thơng thƣờng S = t = t 0
= 76,2mm ( t - là bƣớc dao; S - bƣớc chạy dao; t0 - bƣớc của tấm kê ). Cụm 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.

Hình 1.13 - Bộ dao cắt có tấm kê.
1-bu lơng láp dao; 2-dao cắt; 3-bu lông cố định thanh dao;
4-thanh dao;5-tấm kê
1.5 Khảo sát, tìm hiểu đặc tính cây rong, cỏ dại
Qua khảo sát cho thấy phần lớn các sông và kênh thuỷ lợi ở các tỉnh miền
Đơng Nam bộ lồi rong, cỏ dại chiếm đa số là rong đuôi chồn, rong Hydrilla và có
thêm bèo tây, rác thải nổi. Trong đó rong chính là đối tƣợng của dao cắt.
GVHD: PGS.TS TRẦN DỖN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƢỜNG


19

1.5.1 Rong đuôi chồn
Rong đuôi chồn tên tiếng anh là Coontail, tên khoa học là Ceratophyllum
demersum. Chúng sống ngập trong nƣớc, phần lá chiếm hầu nhƣ toàn bộ thân và
ngập trong nƣớc. Trên mỗi đoạn rong, các lá phân chia theo hình xoắn ốc quanh
thân, có từ 5-12 lá. Mỗi lá dài khoảng 12.7-19.1mm, lá rong có dạng hẹp có răng
cƣa tại vành lá càng về phần đầu của cây thì càng có nhiều lá. Thân chia ra thành
nhiều cành dài có thể lên đến 5m hoặc hơn, thân nổi tự do trong nƣớc hoặc bám tận
đáy thông qua rễ giả, loại rong này có thể trơi tự do ở các độ sâu khác nhau. Khác
với các loại rong khác lấy chất dinh dƣỡng chủ yếu dự vào lớp đất đáy, rong đi
chồn thì lấy chất dinh dƣỡng trực tiếp từ nƣớc. Rong đi chồn có thể chịu đƣợc
nhiệt độ thấp và tình trạng thiếu ánh sáng.

Hình 1.14: Hình dạng lá rong đuôi chồn
Rong đuôi chồn là loại cây lƣỡng tính, có hoa nhỏ mọc ở phần cuống của lá.
Hoa chia ra hoa đực và cái, mọc trên cùng một cây rong. Hoa đực và cái thụ tinh
dƣới nƣớc khác với các loại rong khác hoa mọc trên mặt nƣớc và thụ tinh nhờ gió.

Sau khi thụ tinh và hoa cái phát triển thành hạt giống nhỏ và cứng với 3 gai nhọn.
Rong đuôi chồn phát triển mở rộng phát tán nhờ vào sự phát tán và nảy mần của hạt
giống này hoặc có thể tái sinh từ những đoạn rong nhỏ. Do lấy chất dinh dƣỡng trực
tiếp từ nƣớc nên mật độ của rong này tập trung nhiều vào các khu vực có chất dinh
dƣỡng cao.

GVHD: PGS.TS TRẦN DỖN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƢỜNG


20

1.5.2 Rong Hydrilla
Cây rong Hydrilla, tên khoa học Hydrilla Verticillata là loại phát triển thành
chùm và ngập trong nƣớc, mọc thẳng từ đáy đến mặt nƣớc và mọc theo phƣơng
ngang trên mặt nƣớc. Cây trƣởng thành hầu nhƣ dài bằng chiều cao cột nƣớc. Lá
ngắn hơn 25mm và mộc thành hình xoắn ốc quanh thân. Loại này rễ bám vào đáy
kênh và ngập trong nƣớc. Rong Hydrilla có khả năng sinh sản cũng nhƣ tái tạo rất
nhanh, chúng có thể tự tái tạo hoặc sinh sản bằng cách tái sinh từ những doạn nhỏ
hay từ rễ, hạt. Khi trƣởng thành chúng có thể dài 10-15m, rộng 4-8m, rễ có thể mọc
sâu 30cm ở tầng đáy.

Hình 1.15: Rong Hydrilla
Loại lƣỡng tính thì có thân dài từ đáy lên dến gần mặt nƣớc thì phân ra thành
nhiều nhánh dày đặc. Loại đơn tính thì thanh mãnh hơn và phân nhánh từ ở dƣới
đáy, chúng mọc rộng khắp và cao bằng cột nƣớc.
Ở cả hai loại này, lá bề rộng khoảng 2-4 (mm) (hoặc có thể nhỏ cở 1 mm nhƣ
đối với loại cây đơn tính), dài khoảng 6-20 (mm). Các lá mọc thành hình xoắn ốc
quanh thân từ 3-10 lá. Lá có hình răng cƣa dọc theo chu vi lá.

Rong Hydrilla có hoa mọc nổi trên mặt nƣớc qua đó thụ tinh nhờ vào gió. Có
thể phát triển trong tình trạng thiếu sáng tốt hơn các loại rong khác. Chuyển hóa
Cacbon hiệu quả hơn các loại rong khác. Dự trữ đƣợc Photpho khi thiếu chất dinh

GVHD: PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN

HVTH: NGUYỄN MINH CƢỜNG


21

dƣỡng này có thể lấy ra sử dụng. Chịu đƣợc nhiều tình trạng nƣớc khác nhau mặc
cho chất lƣợng nƣớc và lớp đất tầng đáy có ảnh hƣởng đến sự phát triển của rễ. Mọc
nhanh hơn ở dòng nƣớc chảy và chịu đƣợc nƣớc mặn.
Loại rong Hydrilla có khả năng sinh sản cũng nhƣ tái tạo rất nhanh. Chúng có
thể tự tái tạo hoặc sinh sản bằng nhiều cách : tái sinh từ những đoạn nhỏ, tái sinh từ
rễ, hạt. Rong Hydrilla này khi trƣởng thành có thể dài 10-15 (m) rộng 4-8 (m) rễ có
thể mọc sâu 30 (cm) ở tầng đáy.
1.6 Khảo sát hiện trạng rong cỏ trong lòng kênh mương của tỉnh Tây Ninh
Hầu hết trên các tuyến kênh của tỉnh Tây Ninh đều xuất hiện rong với mật
độ dày đặc. Chủ yếu là rong đuôi chồn và rong hydrilla. Lục bình chỉ xuất hiện
khơng thƣờng xun ở những vùng đoạn kênh Tây do thông với rạch nên mức độ
ảnh hƣởng đến hoạt động cấp thoát nƣớc là chƣa đáng kể.
Bảng 1.2 Số liệu khảo sát chi tiết về rong đuôi Chồn và rong Hydrilla trên kênh
Tây khu vƣ̣c khảo nghiê ̣m

STT
1
2
3

4
5
6
7
8
9
10
Trung
bình

Mật độ
rong
(kg/m2)
28.5
26.2
22.3
28.4
11.2
14.5
16.3
19.2
13.5
12.5

Vận tốc
nƣớc
(m/s)
0.12
0.2
0.15

0.13
0.15
0.19
0.16
0.15
0.15
0.17

Khối lƣợng
thể tích
riêng
(kg/m3)
404
395
398
405
400
393
397
402
398
403

19.26

0.145

399.5

GVHD: PGS.TS TRẦN DỖN SƠN

Kích thƣớc
Đƣờng
Đƣờng
kính tán
kính thân
(mm)
(mm)
20
2
18
1,6
18
1,8
20
1,9
19
1,9
18
1,7
17
1,5
18
1,8
20
2
21
2
18,9

1,82

Chiều
dài (m)
5
4.4
4.7
4.8
5.1
3.9
4.2
4.7
4.5
4.6
4,59

HVTH: NGUYỄN MINH CƢỜNG