Tài liệu Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy băm thân ngô tươi làm thức ăn ủ men cho bò năng suất 35 tấn ngày

BỘ CÔNG THƯƠNG TỔNG CÔNG TY MÁY ĐỘNG LỰC VÀ MÁY NÔNG NGHIỆP VIỆN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY NÔNG NGHIỆP ------------------------------------------ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2009 ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy băm thân ngô tươi làm thức ăn ủ men cho bò năng suất 35 Tấn/ngày” Mã số: 172.09 RD-KHCN Cơ quan chủ quản: BỘ CÔNG THƯƠNG Cơ quan chủ trì : Viện NCTKCT máy nông nghiệp Chủ nhiệm đề tài: Th.S Đoàn Văn Cao 7727 27/02/2010 Hà Nội 12/2009 BỘ CÔNG THƯƠNG TỔNG CÔNG TY MÁY ĐỘNG LỰC VÀ MÁY NÔNG NGHIỆP VIỆN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY NÔNG NGHIỆP ------------------------------------------ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2009 ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy băm thân ngô tươi làm thức ăn ủ men cho bò năng suất 35 Tấn/ngày” Mã số: 172.09 RD/HD-KHCN Cơ quan chủ trì : Chủ nhiệm đề tài: VIỆN NCTKCT máy Nông Nghiệp Th.S Đoàn Văn Cao Mục Lục ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................................... 4 CHƯƠNG I......................................................................................................................... 5 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU........................................................................................... 5 I. TÌNH HÌNH SỬ DỤNG CÂY NGÔ NON LÀM THỨC ĂN CHO BÒ................ 5 II. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, SỬ DỤNG MÁY BĂM THÂN NGÔ.................... 6 1. Tầm quan trọng của máy băm thân ngô trong sản xuất ...................................... 6 2. Tình hình nghiên cứu sử dụng máy băm............................................................. 7 CHƯƠNG II...................................................................................................................... 17 THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY BĂM THÂN NGÔ ............................................................ 17 I. LỰA CHỌN NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CHO MÁY BĂM THÂN NGÔ.......... 17 1. Cơ sở vật lý của quá trình cắt thái..................................................................... 18 2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cắt thái bằng lưỡi dao.............................. 20 3. Băng tải kẹp vật liệu ......................................................................................... 27 II. THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY BĂM THÂN NGÔ ................................................ 28 1. Băng tải cấp liệu................................................................................................ 28 2. Máy băm ........................................................................................................... 29 CHƯƠNG III : KẾT QUẢ KHẢO NGHIỆM .................................................................. 34 I. Mục tiêu: ............................................................................................................... 34 II. Nội dung khảo nghiệm:......................................................................................... 34 III. Điều kiện khảo nghiệm ......................................................................................... 34 IV. Tiến hành khảo nghiệm......................................................................................... 35 V. Kết quả khảo nghiệm: ........................................................................................... 35 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ............................................................................................... 36 KẾT LUẬN............................................................................................................... 36 ĐỀ NGHỊ .................................................................................................................. 36 PHỤ LỤC.......................................................................................................................... 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................ 39 ĐẶT VẤN ĐỀ Ngô là một loại ngũ cốc quan trọng trên thế giới, đứng thứ ba sau lúa mì và lúa gạo. Sản lượng sản xuất ngô ở thế giới trung bình hàng năm từ 696,2 đến 723,3 triệu tấn (2005-2007). Ngô không chỉ được sử dụng làm lương thực mà còn được sử dụng như một loại rau (ngô bao tử) rất an toàn và có giá trị dinh dưỡng cao. Thân ngô sau thu hoạch thường được tận dụng làm thức ăn rất tốt cho đại gia súc. Với sự phát triển mạnh của ngành chăn nuôi, đặc biệt là chăn nuôi bò sữa. Thức ăn là yếu tố quan trọng, quyết định trực tiếp đến năng suất, chất lượng chăn nuôi. Do đó thức ăn không chỉ được tận dụng từ phế liệu nông nghiệp mà được chủ động gieo trồng, chủ yếu là các loại cỏ như cỏ đuôi voi, cỏ sả, cỏ Ruzi,… Gần đây một số cơ sở đã trồng ngô non (chưa thu bắp) để làm thức ăn cho bò sữa. Đây là công nghệ chế biến thức ăn mới có giá trị dinh dưỡng và chất lượng cao. Nó bao gồm cả thức ăn thô (thân ngô) và thức ăn tinh (bắp ngô non). Được các cơ sở chăn nuôi bò sữa rất ưa chuộng. Để sử dụng hiệu quả loại thức ăn giàu dinh dưỡng này, cây ngô cần được làm nhỏ đến mức yêu cầu, rồi đem ủ men. Đây là công việc tốn nhiều công sức và cần phải đảm bảo độ đồng đều của đoạn thái để bò có thể tận dụng hết loại thức ăn dinh dưỡng cao này. Do đó, việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy băm thân ngô là hết sức cần thiết. Nhằm đáp ứng cho các mô hình sản xuất thân ngô non phục vụ cho các cơ sở chăn nuôi, ... cần hoàn thiện, cải tiến, thiết kế mới các thiết bị. Để tạo ra thiết bị phù hợp với điều kiện của Việt Nam, cho chất lượng sản phẩm tốt, giảm chi phí năng lượng, nhân công cắt thái, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy băm thân ngô tươi làm thức ăn ủ men cho bò năng suất 35 Tấn/ngày” CHƯƠNG I TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU I. TÌNH HÌNH SỬ DỤNG CÂY NGÔ NON LÀM THỨC ĂN CHO BÒ Trong vòng 12 năm qua, tổng sản lượng ngô Việt Nam tăng bốn lần, năng suất bình quân tăng hai lần, diện tích trồng ngô tăng gần hai lần. Theo thống kê, năm 1975 khi chưa dùng giống ngô lai, diện tích trồng ngô cả nước gần 267 nghìn ha, tổng sản lượng 280 nghìn tấn. Năm 2007, chỉ tính riêng 16 tỉnh trong vùng Tây Bắc như Sơn La, Lai Châu, Điện Biên... trên tổng diện tích hơn một triệu ha, đã thu hoạch tới hơn 3,7 triệu tấn ngô. Phần lớn diện tích trồng ngô là để lấy hạt. Những năm gần đây ngành chăn nuôi bò sữa ở nước ta phát triển rất nhanh. Tổng đàn 18.700 con năm 1995 đã tăng tới 95.000 con năm 2005. Để đáp ứng nhu cầu về thức ăn, ngoài trồng cỏ làm thức ăn thô, việc trồng ngô sau đó thu cây ngô non (chưa thu bắp) là phương pháp mới với nhiều ưu điểm. Đây là loại thức ăn có giá trị dinh dưỡng rất cao đối với bò sữa, bao gồm cả thức ăn thô (thân, lá) và thức ăn tinh (hạt). Được các cơ sở nuôi bò sữa đánh giá rất cao. Ngoài ra còn được dùng cho xuất khẩu. Thân và lá cây ngô non sau khi trồng được 70-80 ngày (chưa thu bắp) được cắt sát đất. Để giảm bớt hao hụt, thân ngô cắt về phải được đem ủ ngay, Dùng máy băm thân cây thành từng đoạn nhỏ dài khoảng 2- 5 cm, rồi trộn phụ gia có thể là 0,5% muối hoặc 5% rỉ mật đường (so với trọng lượng ngô ủ) cho vào bao nilon hút hết không khí (có thể tận dụng máy vắt sữa) và nén chặt, mỗi bao ủ khoảng 500kg. Cây ngô ủ muối thường có màu xanh vàng, chua nồng, còn ủ bằng rỉ mật đường có màu xanh vàng ngả nâu, chua nồng nhẹ có kèm theo mùi ngọt của rỉ đường. Ngoài ra có thể ủ với acid formic (hạn chế được nấm mốc) ngô ủ có màu sắc xanh vàng, chua nồng nhẹ, rất ngon miệng đối với bò. Thân ngô non không những là nguồn thức ăn giàu dinh dưỡng cho chăn nuôi bò sữa mà còn đem lại lợi ích kinh tế cao hơn hẳn cho người trồng. Thông thường 1ha ngô hạt, sau 100 ngày mới cho thu hoạch với sản lượng từ 8 đến 10 tấn, trị giá khoảng 25 đến 30 triệu đồng. Nhưng nếu trồng ngô non, chỉ sau 70-80 ngày đã cho thu hoạch, đỡ tốn công chăm sóc, bảo vệ mà lại có nguồn thu cao hơn. Mỗi ha cho trung bình 40-50 tấn chất xanh sẽ cho thu 3035 triệu đồng. Một cái lợi nữa của việc trồng ngô non làm nguyên liệu là các hộ nghèo có thể tận dụng đất đai từ bờ sông, bờ suối, những nơi không trồng ngô lấy hạt trong vụ đông xuân được để trồng ngô non. Những hộ gia đình có lao động, điều kiện thuận lợi có thể gieo trồng 3-4 vụ sẽ có nguồn thu lớn hơn, đưa lại giá trị kinh tế cao trên một đơn vị diện tích canh tác. II. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, SỬ DỤNG MÁY BĂM THÂN NGÔ 1. Tầm quan trọng của máy băm thân ngô trong sản xuất Trong những năm gần đây, Đảng và Nhà nước ta ưu tiên phát triển chăn nuôi thành ngành sản xuất chính, trong đó đặc biệt chú trong phát triển chăn nuôi bò sữa. Trong chăn nuôi bò, thức ăn là một khâu quan trọng, quyết định trên 50% hiệu quả chăn nuôi. Việc sử dụng những nguồn nguyên liệu phục vụ cho chế biến thức ăn chăn nuôi rất đa dạng đã tạo ra nhiều loại thức ăn riêng cho bò như: thức ăn thô, thức ăn tinh, thức ăn bổ sung, vi lượng, …Với các loại thức ăn này việc chế biến và phương thức cho ăn chính vẫn cho ăn riêng theo từng loại. Việc sử dụng, sản xuất nguồn thức ăn cũng làm tăng hiệu quả cho việc chăn nuôi bò sữa. Chỉ tính riêng chi phí về thức ăn cũng chiếm khoảng 6070% giá thành SX sữa hiện nay. Người nông dân vẫn quen cho bò ăn quá nhiều thức ăn tinh trong khi đó bò chủ yếu cần thức ăn thô (cỏ và các phụ phế phẩm nông nghiệp khác). Theo tính toán của PGS.TS. Lê Đăng Đảnh (Trường Đại học Nông lâm TP.HCM), nếu người chăn nuôi không cho bò ăn đủ thức ăn thô có giá trị đạm cần thiết thì bù vào đó phải cho bò ăn từ 0,4 - 0,5 kg thức ăn tinh cho mỗi kg sữa sản xuất. Từ đây làm cho bò dễ xáo trộn về tiêu hoá và gây ra hiện tượng huyết toan (acidosis) dẫn đến bò bị đau móng, khó thụ thai… Đây cũng là nguyên nhân làm cho mỗi chu kỳ một con bò sẽ mất khoảng 250- 500 kg sữa. Để sử dụng thân ngô non (chưa thu bắp) làm thức ăn cho bò, thân ngô cần được băm thái nhỏ từ 3 đến 5 cm đây là khâu tốn nhiều công sức nhất. Phương pháp băm thái thủ công không thể cung cấp đủ lượng thức ăn cần thiết, đáp ứng được nhu cầu sản xuất, và khó đạt được chất lượng cao theo đúng nhu cầu kĩ thuật. Vì vậy trước hết cần quan tâm nghiên cứu máy băm thái. Quá trình băm thái chia nhỏ kích thước thân ngô, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tiêu hoá của đàn bò. Giúp bò tận dụng hết lượng thức ăn. Hiện trong nước đã áp dụng nhiều loại máy thái thức ăn thô, nhưng năng suất máy và chất lượng sản phẩm chưa cao. 2. Tình hình nghiên cứu sử dụng máy băm Đối với nhiều nước trên thế giới, đặc biệt là những nước công nghiệp phát triển như Tây Âu, Bắc Mỹ, Châu Úc hay các nước có nền sản xuất chăn nuôi hiện đại như Israel từ lâu người ta đã ứng dụng các kiểu máy băm rơm cỏ khô phục vụ chăn nuôi sử dụng một trong những dạng sau: + Dạng trống + Dạng đĩa + Dạng lô + Dạng thùng quay kết hợp đĩa cắt lắp lệch - Kiểu máy băm dạng trống (hình 1.1): những máy băm dạng này thì trống băm được lắp các dao cong , dao thẳng. Bộ phận làm việc chính (trống băm) có tốc độ từ 350 - 800 vòng/phút. Với những máy băm lắp dao thẳng gia công chế tạo đơn giản, chi phí thấp, chi phí năng lượng cao, gây xung động lớn, để khắc phục một phần người ta thiết kế các tấm bắt dao nghiêng. Với máy băm lắp dao cong thì chế tạo phức tạp, chi phí cao nhưng giảm được chi phí về năng lương khi băm dễ dàng hơn do đảm bảo góc cắt trượt trên toàn bộ bề mặt lưỡi dao với lớp vật liệu . Nhược điểm của loại này lớp vật liệu có độ chặt không đồng đều nên khi cắt có hiện tượng rơm bị kéo vào dẫn đến độ dài sản phẩm sau thái không đều. Hình 1.1 Máy băm rơm - cỏ khô dạng trống Để khắc phục người ta sử dụng các lô cuốn có nhiệm vụ cung cấp và ép rơm thành lớp nguyên liệu mỏng theo yêu cầu trước khi đưa vào băm. Những máy này có ưu điểm do rơm đã được ép mỏng có độ chặt tương đối đồng đều nên việc băm được dễ dàng, sản phẩm có độ dài tương đối đồng đều nhưng chi phí năng lượng cao, bộ phận cấp liệu được chế tạo phức tạp gồm cụm lô nén và ép rơm vào họng thái, băng tải xích đưa tải rơm đến cụm lô nén, ép. Với các máy năng suất lớn người ta lắp thêm cơ cấu cấp liệu tự động có khả năng điều chỉnh lượng nguyên liệu cấp trong quá trình máy vận hành, cơ cấu điều chỉnh khe hở giữa dao và tấm kê bằng hệ thống thuỷ lực kết hợp cảm biến để luôn đảm bảo cho khe hở trong quá trình làm việc. Ngoài ra để tăng khả năng vung xa của sản phẩm theo yêu cầu cụ thể máy được thiết kế có bộ phận quạt thổi để vận chuyển sản phẩm. Ưu điểm chính của loại này là chi phí năng lượng thấp, chế tạo các máy năng suất lớn với kết cấu nhỏ gọn, bộ phận truyền và dẫn động không quá phức tạp. Tuy nhiên để gia công các dao băm đòi hỏi công nghệ và chi phí cao, khả năng vung xa kém đối với các máy năng suất nhỏ. Hình 1.2 Máy băm rơm - cỏ khô dạng đĩa (Renn-Canada) - Kiểu máy băm rơm dạng đĩa (hình 1.2;1.3) sử dụng đĩa dao băm trên đó bố trí từ 2 đến 4 dao dạng cong hình lưỡi liềm hoặc dao thẳng được lắp đối xứng nhau hay dao cách dao một góc đều nhau thuận lợi cho khả năng thay đổi số dao làm việc (cách lắp đối xứng). Với các máy băm dạng đĩa thì đĩa dao vừa có tác dụng là tấm liên kết bắt dao vừa làm bánh đà (máy năng suất nhỏ). Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý máy băm dạng đĩa - Kiểu máy băm dạng lô (hình 1.4; 1.5): Máy sử dụng bộ phận làm việc chính là lô trụ trên đó được lắp nhiều đĩa dao (trên đĩa lắp từ 4 - 8 dao), nguyên liệu dạng cuộn tròn (kiện tròn) và đóng bánh (kiện vuông) được nạp vào thùng chứa được quay tròn nhờ cơ cấu bánh răng. Khi thùng chứa quay làm khối rơm quay theo nhờ trọng lượng của khối rơm đè lên lô dao lắp phía dưới qua nguồn động lực (động cơ) với máy năng suất nhỏ hoặc máy kéo (máy năng suất lớn) làm lô gắn các dao quay với tốc độ 540 – 700 vòng/phút rơm được cắt nhỏ. Hình 1.4 Máy băm rơm - cỏ khô dạng lô (băm rơm kiện tròn) Hình 1.5 Máy băm rơm - cỏ khô dạng lô (băm rơm kiện vuông) Sản phẩm băm thái sau khi qua lô băm đưa ra ngoài nhờ quạt thổi và ống thoát sản phẩm. Thường với những trang trại với quy mô nhỏ, người ta sử dụng chủ yếu những loại máy băm dạng kiện vuông có kích thước kiện nhỏ, năng suất thấp nhưng khả năng di động cao. Máy được lắp trên xe chứa rơm, nguồn động lực sử dụng động cơ xăng cỡ nhỏ. Với các loại máy này chế tạo đòi hỏi công nghệ cao, để thay đổi độ dài sản phẩm người ta điều chỉnh khe hở giữa các đĩa dao hay lắp thêm dao trên một đĩa. Nhược điểm: Chế tạo phức tạp công nghệ cao, giá thành máy cao, thích hợp để băm rơm dạng kiện không phù hợp băm rơm rối và chưa được ép. Để truyền động cho các bộ phận làm việc phức tạp. - Kiểu máy thùng quay kết hợp với đĩa cắt lệch tâm (hình 1.6): Bộ phận làm việc chính của máy là thùng chuyển động quay nhờ chuyền động bánh răng trên thân thùng hàn các thanh hình răng cưa có tác dụng giữ cho khối nguyên liệu quay cùng thùng. Đĩa lắp dao được đặt lệch tâm thùng trên đĩa đỡ nguyên liệu, trên đĩa các dao nghiêng so với mặt đĩa một góc có xu hướng vừa cắt nhỏ lớp nguyên liệu và hướng sản phẩm băm ra phía quạt hút. Hình 1.6 Máy băm rơm - cỏ khô dạng thùng quay kết hợp đĩa lệch tâm Khi máy làm việc, thùng quay với tốc độ 50 - 100 vòng/phút làm khối rơm quay theo, nhờ trọng lượng khối rơm và đĩa cắt lắp lệnh quay (350 – 700 vòng/phút) rơm được cắt nhỏ theo quạt hút đưa sản phẩm ra ngoài. Các máy dạng này chỉ phù hợp cho việc cắt rơm kiện dạng tròn đã được cuộn ép có độ chặt cao, khi dùng cắt rơm rối chưa ép phải có thêm cơ cấu nén ép rơm dẫn tới kết cấu máy phức tạp chi phí chế tạo cao. - Liên hợp máy: Các liên hợp máy thu hoạch rơm - cỏ khô sử dụng nguyên lý băm cắt dạng trống, dao cong có bộ phận cuốn và nén ép đưa vào bộ phận băm. Rơm - cỏ khô sau khi băm nhỏ được đưa vào các xe chứa. Vì tính chất liên hoàn và làm việc với tốc độ cao nên các bộ phận làm việc được gia công có độ chính xác rất cao (hình 1.7). Ưu điểm: phù hợp với các nước có nền nông nghiệp phát triển và cơ giới hoá cao sử dụng cho những nông trại có quy mô lớn, tính đồng bộ cao. Nhược điểm: Máy có cấu tạo phức tạp, cồng kềnh , chế tạo phức tạp giá thành rất cao. Hình 1.7 Máy băm rơm - cỏ khô dạng liên hoàn Việc đưa công nghệ cao vào chế biến thân ngô phục vụ chăn nuôi bò sữa và các ứng dụng khác là hữu ích, nhưng cần có sự phát triển đồng bộ về công nghệ và thiết bị phục vụ mới đạt được hiệu quả cao. Các máy sử dụng trong chế biến thức ăn cho gia súc hiện nay chủ yếu là máy thái các loại thức ăn thô xanh (nguyên liệu ở dạng tươi) như: Máy thái cỏ (CT1, CT2, CT5) do Viện Cơ điện Nông nghiệp thiết kế chế tạo (dạng đĩa): (hình 1.8a;1.8b) chủ yếu là thái cỏ voi cho bò, làm thức ăn ủ chua năng suất từ 1- 5 tấn/giờ và một số các máy thái cỏ cỡ nhỏ. Máy làm việc trên nguyên lý dạng đĩa lắp từ 2 - 4 dao dạng thẳng có lắp bánh đà hoặc lấy trọng lượng của đĩa làm bánh đà. Hình 1.8a Máy thái cỏ CT 5 Hình 1.8b Máy thái cỏ CT 1 Máy thái cỏ của Công ty Cơ khí Nam Hồng (dạng trống có lô nén): máy có bộ phận chính là trống tròn trên lắp 4 - 6 dao thẳng làm việc nguyên lý chặt bổ nên gây ra xung động lớn nên độ bền của các chi tiết cần được tính toán kỹ, chi phí năng lượng cao điều đó cũng một phần nâng giá thành sản phẩm cao hơn so với loại khác cùng năng suất (hình 1.9a) Hình 1.9a Máy thái cỏ dạng trống Hình 1.9b Máy thái cỏ dạng trống Máy thái cỏ dạng trống (dao thẳng) Công ty Cơ khí Nam Hà chế tạo (hình 1.9b). Máy có năng suất 400 kg/giờ, với loại máy này chủ yếu thái cỏ tươi do kết cấu dao thẳng lắp song song với trục máy nên khi làm việc gây ra xung động rất lớn điều đó ảnh hưởng tới độ bền của các chi tiết, kết cấu máy và chi phí năng lượng lớn hơn so với các máy cùng năng suất. Viện máy Nông nghiệp đã chế tạo máy thái thân ngô tươi theo nguyên lý dạng đĩa (hình 1.10). Máy được thiết kế di động, sử dụng đầu máy nổ và cấp liệu bằng tay. Máy có ưu điểm cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ, dễ chế tạo. Tuy nhiên do phải cấp liệu bằng tay nên kích thước đoạn thái không đồng đều, làm giảm chất lượng sản phẩm. Năng suất của máy thấp do họng thái nhỏ. Hình 1.10 Máy băm thân ngô dạng dĩa CHƯƠNG II THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY BĂM THÂN NGÔ I. LỰA CHỌN NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CHO MÁY BĂM THÂN NGÔ Từ những phân tích tổng quan tình hình sử dụng thân ngô và máy băm trong và ngoài nước, đề tài nhận thấy việc ứng dụng các mẫu máy nước ngoài vào Việt Nam là khó có thể thực hiện được vì giá thành máy quá cao, đòi hỏi phải có đầu tư lớn, sản xuất theo quy mô công nghiệp, vẫn chưa phù hợp với điều kiện sản xuất trong nước. Các mẫu máy trong nước vẫn chủ yếu để phục vụ còn nhiều điểm thiết kế chưa hợp lý, chi phí năng lượng cao. Một máy băm thân ngô đưa vào sản xuất trong nước cần thoả mãn yêu cầu là phù hợp với mô hình và điều kiện sản xuất trong nước. Ngoài ra, nó cũng phải đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật của việc thái thân ngô như sau: - Cần phải có bộ phận cấp ép thân ngô có khả năng truyền động dễ dàng và tự lựa được chiều cao của lớp vật liệu. - Việc bố trí dao phải tạo điều kiện căn chỉnh dễ dàng. - Góc đặt dao phải khác 0 để dao chỉ bị mòn ở đầu lưỡi nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc mài dao khi bị mòn. - Phải bố trí dao tạo việc cắt thân ngô có trượt ngoài việc giảm chi phí năng lượng còn phân bố đều tải khi làm việc (để máy làm việc êm). - Truyền động cho các bộ phận làm việc chính cũng được quan tâm. - Sản phẩm thu được không những có kích thước đồng đều mà phải có độ dập. 1. Cơ sở vật lý của quá trình cắt thái Bộ phận làm việc của những máy cắt thái dùng trong chăn nuôi (rau, cỏ, rơm, củ quả) thường dựa theo nguyên lý cắt thái cạnh sắc của lưỡi dao. Quá trình cắt thái thường được thực hiện bằng cách di chuyển cạnh góc nhị diện AB (cạnh sắc) hợp bởi hai mặt phẳng của lưỡi dao theo hướng P vuông góc với cạnh sắc (hình 2.1.a) hoặc bằng cách di chuyển cạnh sắc AB đó theo hai hướng vuông góc với nhau: vừa theo hướng P - hướng cắt pháp tuyến-, vừa theo hướng Q vuông góc với P - hướng cắt tiếp tuyến- (hình 2.1.b) nghĩa là theo hướng chéo tổng hợp R - hướng cắt nghiêng. Α Dao Β P a. Cắt theo phương pháp tuyến; Dao Α Q R τ Β P b. Cắt theo phương tiếp tuyến Hình 2.1 Tác dụng cắt thái của lưỡi dao Viện sĩ V.P.Gơriatkin đã chứng minh rằng quá trình cắt thí nghiệm có trượt làm giảm lực cắt và tăng chất lượng thái và được mô tả bằng phương trình có dạng: S = Ae-P hoặc R3S = Cte Trong đó : A - là hằng số; S - độ dịch chuyển (mm); R - lực cắt thái (N). (2.1) V.P.Gơriatkin gọi trường hợp cắt pháp tuyến (theo thí nghiệm S = 0) là quá trình chặt bổ, cắt thái không có trượt; (máy thái trống dao thẳng) trường Hình 2.2 Đồ thị phụ thuộc lực cắt thái R vào độ dịch chuyển S hợp cắt nghiêng (theo thí nghiệm S ≠ 0) là quá trình cắt thái có trượt (máy thái kiểu đĩa dao hoặc trống dao cong). Rõ ràng là khi cắt thái có trượt, lực cần thiết để cắt thái giảm so với khi cắt thái không trượt. Ta cũng có thể giải thích điều này bằng một số cơ sở vật lý của quá trình cắt thái bằng lưỡi dao như sau: Bất cứ một cạnh sắc nào của lưỡi dao cũng không phải là đường thẳng khi soi qua kính hiển vi ta thấy có những răng lồi lõm như lưỡi cưa. Do đó, khi lưỡi dao di chuyển theo hướng tiếp tuyến, nghĩa là có trượt, thì lưỡi dao đã phát huy được tác dụng cưa đứt vật thái. Nếu lưỡi dao chỉ cắt theo hướng pháp tuyến (chặt bổ), lực cắt thái phải hoàn toàn khắc phục ứng suất nén để cắt đứt vật thái do đó sức cản cắt của khối vật liệu tăng lên. Còn khi cắt thái có trượt thì một phần lực cắt thái sẽ chỉ khắc phục ứng suất kéo, mà các vật liệu, nhất là các loại có sợi, đàn hồi như rau củ thì ứng suất kéo luôn luôn nhỏ hơn ứng suất nén đáng kể. Nhờ đó lực cắt thái sẽ giảm đi, nên quá trình cắt thái thuận lợi hơn. Các vật thái trong nông nghiệp thường có tính đàn hồi và nhiều thớ, đây là điều kiện thuận lợi cho quá trình lưỡi dao vừa nén vừa trượt tương đối ở chỗ tiếp xúc với vật thái. 2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cắt thái bằng lưỡi dao Để cắt thái vật liệu thành đoạn thái bảo đảm chất lượng, giảm được năng lượng cắt thái, cần xét đến số yếu tố thuộc phạm vi dao thái và vật thái ảnh hưởng đến quá trình cắt thái. a, Áp suất riêng q (N/cm) của cạnh sắc lưỡi dao trên vật thái Áp suất riêng q (N/cm) của cạnh sắc lưỡi dao trên vật thái là yếu tố chủ yếu trực tiếp đảm bảo quá trình cắt đứt vật thái và liên quan đến các yếu tố khác thuộc phạm vi dao thái và vật thái. Nếu gọi lực cắt cần thiết là Pct (N) và độ dài đoạn lưỡi dao là ∆S (cm) thì: q= Pct ∆S , ( N/cm ) (2.2) Viện sĩ V.P.Gơriatkin đã làm thí nghiệm và đưa ra kết quả khi cắt thái không có trượt (chặt bổ τ = 0) đối với thân ngô là q0 = 40 - 80 (N/cm). Còn khi cắt có trượt thì q thay đổi phụ thuộc vào góc trượt τ. Khi cắt thái các vật đàn hồi, áp suất cắt thái riêng gây ra hai giai đoạn: đầu tiên là lưỡi dao nén ép vào vật thái một đoạn, sau đó mới cắt đứt vật thái. Nếu gọi Pt là lực cản cắt thái thì: Pct = Pt + T1 + T2cos σ σ- góc mài dao của lưỡi dao. (2.3)