Thiết kế máy thu hoạch lúa

MỞ ĐẦU: Việt Nam là nước sản xuất nông nghiệp là chủ yếu, chiếm tới gần 75% sản xuất cả nước. Vì vậy việc cơ khí hoá trong nông nghiệp là vấn đề cấp bách hiện nay để thay thế sức lao động con người bằng máy móc và nâng cao năng suất. Thực tế nước ta hiện nay việc sử dụng máy móc trong sản xuất nông nghiệp, đặc biệt là nông nghiệp lúa nước một phần là do địa hình nước ta phức tạp, mặt khác máy móc còn rất đắt so với năng suất của sản phẩm. Vì vậy vấn đề đặt ra là phải lam sao đưa các máy móc vừa năng suất cao mà giá thành rẻ thì mới đáp ứng nhu cầu sản suất hiện nay. Máy thu hoạch lúa ra đời nhằm nâng cao năng suất giảm sức lao động cho con người, nhưng nước ta giống lúa rất phức tập và điều kiên địa hình khác nhau nên việc thu hoạch lúa gặp nhiều khó khăn. Việc thiết kế tính toấn cho máy là khá phức tạp. Đặc biệt là bộ phận cắt của máy yêu cầu về độ chính xác rất cao để cắt nhanh mà lại không làm hư hỏng lúa do đó việc tính toán thiết kế cho bộ phận cắt là rất cần thiết. Bài 1: XÁC ĐỊNH NHỮNG ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA BỘ PHẬN CẮT Các số liệu cho trước. Kiểu bộ phận cắt: Kiểu răng dao của bộ phận cắt máy gặt đập lien hợp TC1200K của Nhật Bản. Chiều cao cắt: Dựa vào đặc tính của cây lúa điển hìng của Việt Nam. Vận tốc cắt của máy: Chọn Vm = 1,7 (m/s) Chế độ cắt: S = t = t0 Các yêu cầu : Tính toán và lựa chọn vận tốc, tốc độ quay hợp lý của tay quay. Xây dựng các đồ thị: - đồ thị đường chạy phần cắt của cạnh sắc đồ thị vận tốc làm việc của dao sơ đồ động của gốc rạ vận tốc dọc theo cạnh sắc của lưỡi cắt. Đặc điểm 1 số giống lúa điển hình ở nước ta. Ở nước ta hiện nay giống lúa chủ yếu là lúa nhiệt đới nóng ẩm như Xi 23, khang dân, quy… trong đó có một số giống lúa là ngắn ngày như: khang dân thì có thân cây ngắn hơn khoảng 90 – 100 cm còn các giống lúa dài ngày thì thường có thân cây dài hơn khoảng từ 100 – 120 cm (nềp Hải Phòng; xi 23, … ) 1.1. Đặc điểm giống lúa nếp ngắn ngày VK-1. Loại lúa có thời gian sinh trưởng ngắn Cây thấp : 90 100 cm, cây cứng. Mật độ 300 bông/m2 Bông ngắn 10 cm, tỷ lệ hạt chắc 60-70 hạt/bong Ít dụng 7-18 % Trọng lượng 1000 hạt 300 g Giống lúa này đang được gieo trồng chủ yếu ở các tỉnh miền núi trung du, đồng bằng miền bắc tổng diện tích khoảng 5000 ha. 1.2. Giống lúa IR42. Thời gian sinh trưởng 145-150 ngày. Chiều cao cây 85-100 cm, cây cứng. Mật độ 280 bông/m2 Trọng lượng 1000 hạt 20-25 g Chiều dài bong 10-12 cm. 2.Lựa chọn chiều cao cắt và một số thông số khác của bộ phận cắt Để lựa chọn đượưc chiều cao cắt hợp lý vừa đảm bảo năng suất cắt cao, độ rụng hạt và sót ít tối thiểu thì người ta phải cắn cứ vào từng giống lúa cụ thể và đặc điểm của nó như thân cây dai hay giòn, độ rụng của hạt (độ rụng của hạt còn phụ thuộc vào giai đoạn chin của lúa; giai đoạn lúa chin hoàn toàn là dễ rụng nhất ; … ). Ngoài ra còn phụ thuộc vào mật độ cây lúa, độ dài của bông lúa, … vì vậy cần phải có những điều chỉnh nhất định về chiều cao bộ phận cắt và tốc độ tiến của máy cũng như vận tốc dao. Nếu cắt thấp quá thì lực cắt phải lớn hơn, chi phí nhiên liệu nhiều hơn và sẽ khó khăn trong quá trình đập do có nhiều rơm, rạ … nhưng đảm bảo dược độ an toàn hạt hơn, có thể giảm được độ rụng của hạt. Ngược lại nếu cắt cao quá thì giảm được lực cắt, nhưng có thể cắt và bông lúa ( của những cây ngắn …) và làm hạt nhiều hơn. nếu vận tốc tiến của máy quá nhanh hay quá chậm, vận tốc dao nhanh, chậm cũng ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình cắt của lúa và công suất của máy. Vì vậy tất cả các thông số trên cần phải được lựa chọn và tính toán một cách cẩn thận và hợp lý. Ở đây ta chọn chiều cao cắt H =25 cm Vận tốc tiến của máy vm =1.7 m/s chế độ cắt S = t0 = t kiểu dao răng dao - tấm kê (dao có băm chấu ) 2.Tính toán lựa chọn vận tốc của tay quay. Một điểm bất kỳ trên lưỡi dao và đặt vào đó một hệ trục toạ độ như hình vẽ Như vậy điểm O sẽ thực hiện hai chuyển động: + Chuyển động theo máy với vận tốc vm + Chuyển động qua lại theo dao với vận tốc vd Tổng hợp hai vận tốc này ta được vận tốc v, v lệch so với Oy một góc Chiếu vd lên Ox được vt’và chiếu lên Oy là vp’ Chiếu vm lên Oy được vt”, chiếu vmlên Ox được vt’’ tương tự ta lần lượt chiếu v lên hai trục vt và vp Trong quá trình xét coi như vm là không đổi vm = const Vd = R. ω. Sinωt. Dựa vào hình vẽ có Vt’ = vd. sin α Vt’’ = vm. cos α Vt= vt’ – vt’’ = vd. sin α – vm. cos α Điều kiện cắt tốt nhất là vt luôn hướng xuống phía đáy dao trong suốt quá trình làm việc ( cắt ) tức là vt’ > vt’’ => vd . sin α => vd>vm/tg α Mặt khác ta có tg α= 20/40 = 0,5 => vd > 2. vm = 2.1,7 = 3,4 m/s chọn vd = 3,5 m/s vt = 3,5 sin α – 1,7 cos α = 3,5 . 0,4472 – 1,7.0,5528 = 0,63 m/s Ta có cơ cấu biên tay quay lệch tâm có S > 2T Chọn : e = r Độ lệch tâm l = 10r Độ dài của biên Có s = 1,01 . 2r Mặt khác theo giả thiết có S = t = t0 = 50 (cm). Vậy có r = S/1,01.2 = 25 (cm). Quãng đường máy sau một nửa vòng quay của biên tay quay: h = Vm . T/2 = .Vm = 1,7 Ta có : Vd = r nên = vd/r = 3,5/0,25 = 14 (rad/s) Vậy h = 1,7. = 0,38 (m) Phương trình chuyển động của máy: y = Vm.t = h. .t = 0,38.14 . t = 5,32 t . 4.Tính toán xây dựng các đồ thị. 4.1. Đồ thị đường chạy phần cắt của lưỡi sắc. Xác định độ dịch chuyển x của dao và tốc độ v trong quá trình làm việc, phụ thuộc vào góc của tay quay Góc quay của tay quay Góc giữa biên và đường nằm ngang. Độ dịch chuyển x được xác định x = - rcos - lcos Từ hình vẽ ta có lsin = h + rcos sin = cos = Thay cos và sin vào biểu thức của x ta có: x = rcos - l Khai triển theo chuỗi ta có Nếu sử dụng 2 thành phần đầu của chuỗi x = rcó Vx = dx/dt=r(sincos) Trường hợp h= 0 x = r V = r Trong thực tế giá trị r/l = 0,040,1 có thể bỏ qua Vậy ta có Đồ thị đường chạy phần cắt của cạnh sắc Cho t = có các giá trị 0 x 0 0.03 0.125 0.25 0.375 0.47 0.5 y 0 0.065 0.13 0.196 0.26 0.325 0.39 4.2.Đồ thị vận tốc làm việc của dao 4.3. Đồ thị chiều cao gốc rạ. Xét chuyển động của dao trong 1 chu kì Trong quá trình cắt cây bị dao và tấm kê xô nghiêng đi và thường bị cắt ở trạng thái và thường bị cắt ở trạng thái này. Quá trình cắt là một quá trình phức tạp chiều cao gốc rạ trên đồng được phân thành 3 nhóm: Nhóm không uốn :I Nhóm uốn ngang :II Nhóm uống dọc: III Chiều cao gốc rạ vẽ trên mm’ Để xác định giới hạn giữa các nhóm ta xét giao điểm của phần quét của cạnh sắc với tấm kê bên cạnh Chiều cao cắt được chọn ban đầu là H Nửa chu kỳ đầu, lưỡi cắt gặp tấm kê tại 2 vị trí a1, a2 tương đương ta có a1’,a2’ giới hạn phần cắt không bị uốn nửa chu kỳ còn lại lưỡi cắt gặp tấm kê ở a3: a2’a3’ giới hạn phần cắt bị uốn ngang Nửa chu kỳ tiếp theo lưỡi cắt gặp tấm kê giữa hai điểm (a1, a2) tương ứng a3’a4’ : giới hạn phần cắt cây bị uốn dọc; a4’a5’ giới hạn phấn cắt cây không bị uốn do lập lại chu kỳ + Chiều cao gốc rạ ứng với trường hợp nhóm I: cây bị cắt trong trạng thái không bị uốn, gốc rạ có chiều cao H + Chiều cao gốc rạ trong trường hợp nhóm II: cây bị cắt khi uốn ngang cực đại được xác định tựa vào góc xô của cây Từ vị trí giao điểm của tấm kê và dao (M) ta xác định độ uốn ngang cực đại MN tạo với phương ngang một góc Để xác định chiều cao gốc rạ tại nhóm 2 ta đặt đoạn MN theo phương tạo chiều cao H góc vuông Cạnh huyền OP có chiều dài là chiều cao gốc rạ ứng với nhóm II + Chiều cao gốc rạ ở nhóm III: cây bị cắt khi uốn dọc, do đó cây bị cắt ở chiều cao khác nhau trong cùng một lần quét của lưỡi cắt. Độ uốn dọc 1max = a3a4 Do cây bị cắt ở chiều cao khác nhau nên ta chia a3a4 thành các phần bằng nhau. Chiều cao gốc rạ sẽ được xác định là cạnh huyền của các tam giác vuông 00Q,O1Q… Vì chiều cao cắt không đổi nhưng cây bị xô đi theo chiều tiến của máy. Chiều cao gốc rạ phần giới hạn bởi a4’a5’ bằng chiều cao cắt do dao quay lại chu kỳ cắt, cây cắt không bị uốn. - Đồ thị uốn theo cạnh sắc của dao. Để biểu diễn tốc độ dọc theo cạnh sắc của dao ta xét hai thành phần vận tốc trong thời gian nửa chu kỳ v1 = vm cos = 1,7.cos26,5o = 1,07 (m/s) = const v2 = vd sin = 3,5. sin sin = 1,08 sin t Ta thấy vm/vdmax < tg Trong quá trình cắt đảm bảo cho vận tốc hướng về đáy lớn của dao, điều kiện tốt để cắt cây Để xác định giới hạn giữa các nhóm ta xét giao điểm của phần quét của cạnh sắc với tấm kê bên cạnh. Chiều cao cắt được chọn ban đầu: H Nửa chu kỳ đầu, lưỡi cắt gặp tấm kê tại hai vị trí a1;a2 tương ứng ta có a1’; a2’ giới hạn phần cắt không bị uốn Nửa chu kỳ còn lại lưỡi cắt gặp tấm kê ở a3 a2’ a3’ giới hạn phần cắt bị uốn ngang.