Một số kết quả nghiên cứu về bài toán tìm quĩ đạo đầu mút tay trong cơ cấu vơ - Nén của máy nén rơm tĩnh tại

Tạp chớ Khoa học và Phỏt triển 2010: Tập 8, số 1: 140 - 148 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NễNG NGHIỆP HÀ NỘI 
140 
MộT Số KếT QUả NGHIÊN CứU Về BμI TOáN TìM QUĩ ĐạO ĐầU MúT TAY 
TRONG CƠ CấU VƠ - NéN CủA MáY NéN RƠM TĩNH TạI 
Some Researching Results about Orbital Motion of Gathering and 
Compressing Mechanism of Straw and Hey Compressing Machine 
Nguyễn Xuõn Thiết, Lờ Minh Lư và Lương Văn Vượt 
Khoa Cơ - Điện, Trường Đại học Nụng nghiệp Hà Nội 
Địa chỉ email tỏc giả liờn lạc: ngxthiet@yahoo.com 
TểM TẮT 
Mỏy nộn bú rơm và cỏ khụ tĩnh tại mà bài bỏo đề cập là loại mỏy thực hiện nhiệm vụ nộn và bú 
rơm và cỏ khụ thành từng bú, trong đú quỏ trỡnh cấp liệu, nộn và bú được thực hiện liờn tục, nhịp 
nhàng. Với điều kiện thu hoạch ở Việt Nam, loại mỏy này cú tớnh ứng dụng cao. Cơ cấu vơ - nộn là cơ 
cấu làm việc quan trọng của mỏy. Bài toỏn động học cơ cấu vơ - nộn được đặt ra nhằm xỏc định mối 
quan hệ kớch thước giữa cỏc khõu trong cơ cấu thụng qua bài toỏn tối ưu quĩ đạo của đầu mỳt tay vơ 
nhằm tối ưu húa khả năng cấp liệu của mỏy. Kết quả đưa ra là cơ sở thiết kế mỏy sau này. 
Từ khúa: Cơ cấu vơ - nộn trong mỏy nộn rơm, mỏy nộn rơm, mỏy nộn cỏ khụ. 
SUMMARY 
Straw and hey compressing machine discussed in this article is a machine to perform the tasks 
compressing straw and hey into bundles, in which process of compress and bundle is ongoing. Under 
the harvesting conditions in Vietnam, this machine has high applicability. Gathering and compressing 
mechanism is an important working-mechanism of the machine. The kinetics problem of gathering 
and compressing mechanism is set out to determine the relationship between the sizes of parts in the 
mechanism through optimal problem of orbit of endpoint of the gathering hand. The results serve as 
basis data to design machine. 
Key words: Bundling machine, gathering and compressing mechanism, straw and hey 
compressing machine. 
1. đặt vấn đề 
Hiện nay, mỗi năm Việt Nam sản xuất 
hμng chục triệu tấn lúa, từ đó cho ra một số 
l−ợng rơm rạ khổng lồ, phần lớn trong số đó 
vẫn đ−ợc coi lμ phế phẩm nông nghiệp vμ bị 
đốt bỏ. Hậu quả kéo theo lμ lãng phí vμ gây ô 
nhiễm môi tr−ờng nghiêm trọng. Một trong 
các h−ớng giải quyết cho vấn đề nμy lμ nén 
bó rơm rạ khô thμnh các khối kiện nhỏ (ví dụ 
nén thμnh khối dμi x rộng x cao: 700 x 500 x 
400 mm) để thuận tiện cho việc bảo quản 
lμm thức ăn cho gia súc hoặc trồng nấm. Bên 
cạnh đó, để phục vụ cho phát triển ngμnh 
chăn nuôi trâu bò, cỏ tại các vùng nguyên 
liệu cỏ sau khi phơi đủ khô cần thiết phải 
đ−ợc bó thμnh các bó để tiện cho việc cất trữ 
vμ bảo quản. Tr−ớc thực tế đó, cũng đã xuất 
hiện nhiều cơ sở cung cấp máy nén bó rơm, 
cỏ khô có nguồn gốc từ Trung Quốc hoặc 
Nhật Bản. Tuy nhiên, đa phần lμ các máy 
l−u động mang nh−ợc điểm lớn lμ cồng kềnh, 
giá thμnh cao vμ bất tiện cho việc sửa chữa 
thay thế khi h− hỏng, khó áp dụng trong 
nhiều khu vực ở Việt Nam. Cũng đã có một 
vμi cơ sở nghiên cứu chế tạo máy ép rơm, cỏ 
khô tĩnh tại nh−ng đặc điểm của các loại 
máy nμy lμ lμm việc gián đoạn, tính cơ giới 
ch−a cao, còn nhiều công đoạn thủ công nh− 
của Nhμ máy Z755 (2008), của Khoa Cơ Điện 
Tr−ờng Đại học Nông nghiệp Hμ Nội (2007). 
Một số kết quả nghiờn cứu về bài toỏn tỡm quĩ đạo đầu mỳt tay trong cơ cấu vơ - nộn... 
141 
Máy nén rơm, cỏ khô với quá trình nén 
vμ quá trình bó liên tục (Hình 1) lμ loại máy 
có −u điểm v−ợt trội về năng suất vμ đang 
đ−ợc nghiên cứu chế tạo tại Khoa Cơ - Điện 
Tr−ờng Đại học Nông nghiệp Hμ Nội. Nghiên 
cứu động học cơ cấu vơ - nén lμ bμi toán quan 
trọng nhằm xác định kích th−ớc các khâu 
trong cơ cấu phục vụ cho việc thiết kế máy, 
đồng thời qua đó cung cấp một bμi toán cơ 
học thú vị trong động lực học máy. 
Yêu cầu đặt ra cho việc tính toán lμ thay 
đổi vμ tìm chiều dμi các khâu trong cơ cấu vơ 
- nén sao cho tay vơ thực hiện nhiệm vụ vơ 
tốt nhất (Hình 2). Có nghĩa lμ tại hμnh trình 
lμm việc (BmA) tay vơ quét đ−ợc một diện 
tích trên mặt phẳng giá cấp liệu (diện tích vơ 
- diện tích hình gạch chéo) lớn nhất, đồng 
thời tại hμnh trình trở về (AnB) tay vơ rút về 
thuận tiện, tránh gây ra hiện t−ợng hất rơm 
trở lại (tối −u nhất lμ khi đầu mút tay vơ vẽ 
ra một quĩ đạo lμ đ−ờng thẳng nằm d−ới mặt 
phẳng cấp liệu). 
2. VậT LIệU Vμ PHƯƠNG PHáP 
 NGHIÊN CứU 
2.1. Phân tích cơ cấu 
Cơ cấu vơ - nén lμ một cơ cấu 8 khâu 
liên kết khớp bản lề với khâu OA (Hình 2) lμ 
khâu chủ động quay đều với vận tốc góc 
không đổi. Piston nén liên kết cứng với đầu 
mút C của thanh O1C, tay vơ DF liên kết 
cứng với khâu DE. Yêu cầu lμm việc đối với 
cơ cấu lμ piston nén vμ tay vơ DF lμm việc 
nhịp nhμng, khi piston trong quá trình nén 
(piston lμm việc) thì tay vơ trong quá trình 
trả về vμ khi piston trong quá trình trả về 
thì tay vơ lμm việc (vơ vμ đ−a nguyên liệu 
vμo khoang nén). Đối với bμi toán động học 
cơ cấu nμy, ta áp dụng ph−ơng pháp giải 
bằng cách tách cơ cấu thμnh các nhóm Diat 
hay còn gọi lμ nhóm hai khâu, sau đó giải 
từng nhóm một, kết quả tính toán thu đ−ợc 
từ nhóm nμy sẽ lμm điểm xuất phát để tính 
nhóm Diat tiếp theo (Hình 3). 
Hình 1. Bản vẽ tổng thể của máy nén rơm, cỏ khô tĩnh tại 
Hình 2. Yêu cầu quĩ đạo của đầu mút tay vơ 
Nguyễn Xuõn Thiết, Lờ Minh Lư, Lương Văn Vượt 
142 
 Hình 3. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo Hình 4. Sơ đồ phân tích cấu vơ - nén 
 của cơ cấu vơ - nén thμnh các nhóm Diat 
xij xjm xjk xkn xkl
ykl
ykn
yij
yjk
yjm
l
n
m
x
y
k
ji
ϕj2 ϕj1
ϕk2
ϕk1
0
Hình 5. Sơ phân tích động học nhóm hai khâu (nhóm Diat) 
2.2. Cơ sở lý thuyết vμ trình tự tính toán 
Trên cơ sở tách nhóm, cơ cấu vơ - nén 
đ−ợc tách thμnh 3 nhóm Diat vμ khâu chủ 
động OA (Hình 4). D−ới đây giới thiệu lời 
giải tổng quát cho một nhóm Diat (Vũ Liêm 
Chính, 2001). 
- Gọi j vμ k lμ hai khâu nối động với 
nhau trong đó khâu j đ−ợc nối động với khâu 
i bằng một khớp quay (i, j), còn khâu k ngoμi 
việc nối với khâu j còn nối với khâu l bằng 
một khớp quay (k, l). Vị trí của các khớp (i, 
j), (k, l) đ−ợc xác định bằng toạ độ xij, yij, xkl 
vμ ykl. Hμm vị trí của các điểm nμy hoặc lμ 
bằng hằng nếu nó đ−ợc nối với khớp quay cố 
định hoặc lμ phụ thuộc vμo toạ độ q =ϕ2 của 
khâu dẫn. Hμm số của điểm cần xác định 
của nhóm khâu lμ điểm (j, m). Vị trí của hai 
khâu đ−ợc xác định nhờ các góc ϕj, ϕk vμ các 
toạ độ của khớp (j,k). Từ hình 1 có thể nhận 
thấy, ứng với chiều dμi lj, lk bất kỳ sẽ có 2 vị 
trí t−ơng ứng cho khớp (j, k). Hệ toạ độ ξj - ηj 
gắn liền với khâu j trong đó trục ξj lμ đ−ờng 
nối liền với khớp (i, j) với khớp (j, k), còn trục 
ηj lμ trục vuông góc với ξj. T−ơng tự nh− 
trên, khâu k có hệ toạ độ ξk - ηk với góc toạ 
độ tại khớp (k, l). Góc ϕj đ−ợc tính từ đ−ờng 
thẳng song song với trục x theo h−ớng d−ơng 
đến h−ớng d−ơng của trục ξj. 
Ph−ơng trình tính toán vị trí xjm, yjm,ϕj, 
ϕk thoả mãn điều kiện rμng buộc, nghĩa lμ 
hình chiếu của toạ độ các khớp lên hai trục 
toạ độ lμ phải khép kín (Hình 3). 
Ph−ơng trình: 
 xij + lj . cos ϕj - lk . cosϕk - xkl = 0 (1) 
 yij + lj . sinϕj - lk . sinϕk - ykl = 0 (2) 
Ký hiệu: 
-Bkj = Bjk = xij - xkl (3) 
 -Ckj = Cjk = yij - ykl (4) 
biểu thức trên đ−ợc viết d−ới dạng: 
lj . cosϕ j = lk . cosϕ k - Bjk (5) 
lj . sinϕ j = lk . sinϕ k - Cjk (6) 
Một số kết quả nghiờn cứu về bài toỏn tỡm quĩ đạo đầu mỳt tay trong cơ cấu vơ - nộn... 
143 
Bình ph−ơng từng ph−ơng trình vμ sau 
đó cộng lại ta có: 
lj2 = lk2 - 2Bjk lk cosϕk - 2Cjk lk sinϕ k 
 + Bjk2 + Cjk2 (7) 
Để rút gọn biểu thức ta đặt: 
ajk = 2222
2
jkjkjk
kjk
llCB
lB
−++ ; 
bjk = 2222
2
jkjkjk
kjk
llCB
lC
−++ 
 (8) 
Ph−ơng trình để tính góc k nh− sau: 
ajk cosϕk = 1 - bjk sinϕ k (9) 
Bình ph−ơng hai vế ta có: 
ajk2(1 - sin2ϕk) = 1 - 2bjk sinϕk 
 + bjk2 sin2ϕk (10) 
Sắp xếp các số hạng theo số mũ của 
sinϕk ta nhận đ−ợc ph−ơng trình bậc hai: 
sin2ϕk - 2
jk
jk
w
b sinϕk + 
jk
jk
w
a )1( 2− = 0 (11) 
Trong đó: 
 w = ajk2 + bjk2 (12) 
Ph−ơng trình bậc hai trên có hai nghiệm: 
(sinϕ k)1 = 
jk
jkjkjk
w
wba 1−+
(sinϕk)2 = 
jk
jkjkjk
w
wba 1−−
Từ nghiệm trên, ta tính đ−ợc: 
(cosϕk)1 = 
jk
jkjkjk
w
wab 1−+
(cosϕk)2 = 
jk
jkjkjk
w
wab 1−−
- Có thể thấy hai nghiệm của ph−ơng 
trình phù hợp với hai ph−ơng án vị trí của 
nhóm. Giá trị của hai góc ϕk1, ϕk2 xác định 
khi cả giá trị của sin lẫn cos của nó đ−ợc 
xác định. Với hai giá trị nμy ng−ời ta mới 
xác định ra đ−ợc ϕk nằm ở góc phần t− nμo 
nhờ đó xác định đ−ợc nó lμ góc nhọn hay góc 
tù. 
Trong thực tế, hai giá trị căn thức của 
ph−ơng trình bậc hai phù hợp với hai 
ph−ơng án về vị trí có thể của nhóm khâu. 
Nếu biểu thức trong căn của ph−ơng trình 
bậc hai bằng không, có nghĩa lμ xuất hiện vị 
trí thẳng hμng. Nếu biểu thức trong căn 
thức âm, có nghĩa lμ khoảng cách của hai 
khớp (i, j) vμ khớp (k, l) lớn hơn giá trị của lj 
+ lk vμ do đó không thể tạo thμnh cơ cấu từ 
nhóm đã cho. 
Từ ph−ơng trình (4), (5) ta tính đ−ợc giá 
trị của sin vμ cos của góc j. 
(sinϕj)1 = 
kj
kjkjkj
w
wba 1−+
(sinϕj)2 = 
kj
kjkjkj
w
wba 1−−
(cosϕj)1 = 
kj
kjkjkj
w
wab 1−+
(cosϕj)2 = 
kj
kjkjkj
w
wab 1−−
- Giá trị của akj, bkj, wkj đ−ợc tính toán 
nhờ công thức (8), (12) bằng cách thay đổi chỉ 
số cho nhau. 
- Việc phân tích động học của một cơ cấu 
đ−ợc tạo thμnh từ các nhóm Diat đ−ợc tiến 
hμnh từng b−ớc. Từ giá trị đã biết về chiều 
dμi ( lj, lk) vμ các hμm vị trí của các khớp chờ 
(i, j) vμ (k, l) tính toán hμm vị trí các điểm 
cần tìm. Tiếp đến điểm nμy lại lμ điểm xuất 
phát để tính các Diat tiếp theo hoặc đ−ợc 
xem lμ điểm trọng tâm, các chỉ số i, j, k, l 
đ−ợc thay thế bằng các chỉ số mới của khâu 
đ−ợc khảo sát. 
Cơ cấu vơ - nén đ−ợc tách ra thμnh các 
nhóm Diat. Sử dụng ngôn ngữ Scilab để giải 
bμi toán động học cơ cấu nμy (Hình 6). 
(8)
Nguyễn Xuõn Thiết, Lờ Minh Lư, Lương Văn Vượt 
144 
Hình 6. Sơ đồ thuật giải 
Hình 7. Quĩ đạo chuyển động của các điểm A, C, D, E, F 
Nhập dữ liệu l2, l3,  
END 
Giải nhúm Diat CDO2 
Giải nhúm Diat ACO1 
Toạ độ điểm A 
Begin 
Giải nhúm Diat DEB 
Toạ độ điểm C 
 Toạ độ điểm F 
φ = 0 : 2π 
Một số kết quả nghiờn cứu về bài toỏn tỡm quĩ đạo đầu mỳt tay trong cơ cấu vơ - nộn... 
145 
Các thông số ban đầu lμ toạ độ 3 điểm cố 
định O, O1, O2; chiều dμi các thanh vμ góc 
quay của khâu dẫn ϕ. Thông số đầu ra lμ tìm 
ra quỹ đạo của điểm F vμ điểm C. 
Hình 7 giới thiệu một ví dụ về quĩ đạo 
chuyển động của các điểm A, C, D, E, F. Quỹ 
đạo chuyển động điểm C lμ hμnh trình của 
piston nén, đó lμ một cung tròn bán kính 
LO1C có tâm O1. Quỹ đạo chuyển động của 
điểm F lμ hμnh trình của đầu mút tay vơ. 
Với các kích th−ớc khác nhau của các khâu 
trong cơ cấu, sẽ cho các hình dạng quỹ đạo 
chuyển động của mút tay vơ khác nhau. 
Theo yêu cầu chế tạo, tọa độ các điểm O, 
O1, O2 đ−ợc lựa chọn tr−ớc; kích th−ớc các 
khâu OA, O1C, O2G sơ bộ chọn tr−ớc. Bμi 
toán đ−ợc giải theo cách tối −u lần l−ợt kích 
th−ớc các khâu CD, CG, GF, FB. 
3. KếT QUả Vμ THảO LUậN 
Trên các hình 8 đến hình 10 giới thiệu 
một số kết quả điển hình về quĩ đạo chuyển 
động của các điểm A, C, D, E, F khi tiến 
hμnh điều chỉnh kích th−ớc các khâu CD, 
CG, GF, FB. Khi kích th−ớc các khâu trong 
cơ cấu thay đổi, quỹ đạo của đầu mút thay 
đổi: trên hình 8 ứng với việc thay đổi kích 
th−ớc của khâu AC; trên hình 9 ứng với việc 
thay đổi kích th−ớc của khâu DE vμ hình 10 
ứng với việc thay đổi kích th−ớc khâu BE. 
Kết quả tính toán cho thấy, với quỹ đạo 
chuyển động của đầu mút tay vơ ở hình 10, 
hμnh trình vơ lμ một đ−ờng cong lồi, hμnh 
trình trả về gần nh− lμ một đ−ờng thẳng cho 
khả năng vơ của tay vơ tốt hơn cả. Vì vậy các 
thông số hình học của cơ cấu vơ - nén đ−ợc lựa 
chọn dựa trên kết quả thu đ−ợc trên hình 10. 
 a) b) 
 c) d) 
Hình 8. Quĩ đạo chuyển động của các điểm A, C, D, E, F khi thay đổi L2 
 a) L2 = 450 mm; b) L2 = 500 mm; c) L2 = 550 mm; d) L2 = 650 mm 
Nguyễn Xuõn Thiết, Lờ Minh Lư, Lương Văn Vượt 
146 
 a) c) 
 b) d) 
Hình 9. Quĩ đạo chuyển động của các điểm A, C, D, E, F khi thay đổi L5 
 a) L5 = 150mm; b) L5 = 300mm; c) L5 = 350mm; d) L5 = 400mm 
Một số kết quả nghiờn cứu về bài toỏn tỡm quĩ đạo đầu mỳt tay trong cơ cấu vơ - nộn... 
147 
a) b) 
c) e) 
f) g) 
Hình 10. Quĩ đạo chuyển động của các điểm A, C, D, E, F khi thay đổi L6 
a) L6 = 400 mm; b) L6 = 450 mm; c) L6 = 500 mm; 
d) L6 = 550 mm; e) L6 = 600 mm; f) L6 = 650 mm 
Nguyễn Xuõn Thiết, Lờ Minh Lư, Lương Văn Vượt 
148 
4. KếT LUậN 
Máy nén rơm tĩnh tại phục vụ cho việc 
nén bó rơm, cỏ khô với ý nghĩa trực tiếp lμ 
phục vụ cho ngμnh chăn nuôi gia súc, nuôi 
trồng nấm vμ ý nghĩa gián tiếp bảo vệ môi 
tr−ờng lμ một nhu cầu thực tế đang đặt ra 
cho ngμnh nông nghiệp Việt Nam. 
Việc bố trí piston nén vμ cơ cấu vơ trên 
cùng một cơ cấu sẽ giúp cho quá trình vơ vμ 
nén của máy đ−ợc thực hiện một cách nhịp 
nhμng, liên tục, do đó năng suất máy tăng 
cao. Bμi toán động học cơ cấu lμ cơ sở lý 
thuyết cho việc thiết kế cơ cấu nén bó nói 
riêng vμ thiết kế máy nói chung. 
Từ kết quả tính toán, kích th−ớc các khâu 
trong cơ cấu vơ - nén đ−ợc lựa chọn cho thiết 
kế: L = 250 mm, L1 = 500 mm; L2 = 600 mm; 
L3 = 650 mm; L4 = 300 mm; L5 = 200 mm; L6 = 
550 mm; L21 = 400 mm; LGF = 400 mm. 
TμI LIệU THAM KHảO 
Vũ Liêm Chính (bản dịch, 2001). Giáo trình 
Động lực học máy. Nhμ xuất bản khoa học 
vμ kỹ thuật, tr. 98 -101. 
Quang Mẫn (2007). Máy ép rơm. Niên giám 
Nông nghiệp - thực phẩm............................ 
?self=article&id=2783, Niên giám Nông 
nghiệp - thực phẩm, máy ép rơm. Cập 
nhật ngμy 25/6/2008. 
/2004/03/3B9D102E/, VN express, Sáng 
chế máy ép rơm đầu tiên ở Việt Nam. Cập 
nhật ngμy 26/3/2004. 
.php?newsid=50610086190, Máy cuộn ép 
rơm lúa CER5070, Khoa học kỹ thuật 
nông nghiệp. Cập nhật ngμy 7/9/2009.