Tài liệu Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy ép rơm cỏ khô làm thức ăn dự trữ cho trâu bò

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI NGUYỄN HỮU NĂM NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY ÉP RƠM CỎ KHÔ LÀM THỨC ĂN DỰ TRỮ CHO TRÂU BÒ LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Chuyên ngành : Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá nông, lâm nghiệp Mã số : 60.52.14 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Trần Như Khuyên HÀ NỘI - 2011 LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan rằng, những số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào. Tôi xin cam ñoan rằng mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày 21 tháng 11 năm 2011 Học viên Nguyễn Hữu Năm Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….. i LỜI CẢM ƠN ðể hoàn thành ñề tài nghiên cứu ngoài sự cố gắng của bản thân, tôi ñã nhận ñược rất nhiều sự quan tâm giúp ñỡ nhiệt tình của thầy cô, bạn bè và ñồng nghiệp và người thân. Trước tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến thầy giáo PGS.TS Trần Như Khuyên ñã tận tình hướng dẫn, giúp ñỡ tôi trong quá trình thực hiện và hoàn thành ñề tài nghiên cứu. Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô Bộ môn Thiết bị bảo quản và chế biến nông sản Khoa Cơ ñiện, Viện ñào tạo sau ñại học ,Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, Viện Cơ ñiện và Công nghệ sau thu hoạch, Ban Giám hiệu, các Phòng, Khoa và toàn thể cán bộ, giáo viên, công nhân viên của Trường Cao ñẳng Kỹ thuật Công nghiệp, các ñồng nghiệp, bạn bè và người thân ñã tạo mọi ñiều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 21 tháng 11 năm 2011 Tác giả Nguyễn Hữu Năm Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….. ii MỤC LỤC Lời cam ñoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục các bảng vi Danh mục các hình vii MỞ ðẦU 1 Chương 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 3 1.1. ðẶC ðIỂM CỦA MỘT SỐ LOẠI RƠM, CỎ KHÔ 3 1.2. YÊU CẦU CÔNG NGHỆ CỦA QUÁ TRÌNH ÉP 4 1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG MÁY ÉP RƠM CỎ KHÔ Ở TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC 4 1.3.1. Liên hợp máy thu gom và ép cỏ 5 1.3.2. Các loại máy ép rơm tĩnh tại 7 1.4. PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC MÁY ÉP RƠM, CỎ KHÔ 10 1.5. MỤC ðÍCH VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA ðỀ TÀI 11 1.5.1. Mục ñích nghiên cứu 11 1.5.2. Nhiệm vụ nghiên cứu 11 Chương 2: ðỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 12 2.1. ðỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 12 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15 2.2.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 15 2.2.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 16 2.2.2.1. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ñơn yếu tố 16 2.2.2.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ña yếu tố 17 2.2.2.3. Phương pháp nghiên cứu tối ưu tổng quát 22 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….. iii 2.2.3. Xác ñịnh một số thông số của quá trình ép 25 2.2.4. Phương pháp xử lý và gia công số liệu thực nghiệm 26 Chương 3 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY ÉP RƠM, CỎ KHÔ 29 3.1. ðẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH ÉP 29 3.1.1. ðường cong chỉ thị và ñường cong công nghệ 29 3.1.2. Những ñịnh luật cơ bản trong cơ học vật thể phân tán 30 3.1.3. Sự phân bố áp suất ép theo chiều cao của vật thể bị ép 31 3.2. PHƯƠNG TRINH CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH NÉN ÉP 34 3.3. XÁC ðỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA MÁY ÉP 38 3.3.1. Xác ñịnh chiều cao bánh ép 38 3.3.2. Xác ñịnh chiều dài khuôn ép L 39 Chương 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA MÁY ÉP 41 4.1. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ PHẬN ÉP 41 4.1.1. Thân khuôn ép 41 4.1.2. ðáy khuôn ép 42 4.1.3. Bàn ép 43 4.2. LỰA CHỌN VÀ TÍNH TOÁN THIẾT BỊ THỦY LỰC CỦA MÁY ÉP 44 4.2.1. Lựa chọn sơ ñồ nguyên lý kết cấu thiết bị thuỷ lực 44 4.2.2. Cơ sở lý thuyết tính toán thiết bị thuỷ lực 49 4.2.2.1. Tính toán thê tích của bình tích áp và lưu lượng của bơm 49 4.2.2.2. Tính toán ñộng lực học máy ép dẫn ñộng bằng bơm có bình tích áp 51 4.2.2.3. Tính toán hành trình của máy ép 56 4.2.2.4. Tính toán hệ thống nạp, bơm và xi lanh thủy lực 59 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….. iv Chương 5: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 64 5.1. KẾT QUẢ XÁC ðỊNH MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ - LÝ CỦA NGUYÊN LIỆU ÉP 64 5.1.1. Kết quả ño hệ số ma sát của rơm, cỏ khô 64 5.1.2. ðộ ẩm của rơm, cỏ khô 64 5.1.3. Khối lượng thể tích của rơm khô ở trạng thái tự nhiên (chưa ép) 65 5.2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 65 5.2.1. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm ñơn yếu tố 65 5.2.2. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm ña yếu tố 70 5.2.3. Kết quả thí nghiệm ứng với giá trị tối ưu của các yếu tố vào 75 KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 77 1. Kết luận 77 2. ðề nghị 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 PHỤ LỤC 80 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….. v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 5.1a. Hệ số ma sát của rơm khô với các loại vật liệu 64 Bảng 5.1b. Hệ số ma sát của cỏ khô (cỏ Voi) với các loại vật liệu 64 Bảng 5.2. Xác ñịnh khối lượng thể tích của rơm 65 Bảng 5.3. Ảnh hưởng hành trình của bàn ép h (cm) 66 Bảng 5.4. Ảnh hưởng của ñộ ẩm vật liệu ép w (%) 67 Bảng 5.5. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu ép M(kg) 69 Bảng 5.6. Mức biến thiên và khoảng biến thiên của các yếu tố vào 70 Bảng 5.7. Ma trận và kết quả thí nghiệm theo phương án qui hoạch thực nghiệm bậc 2 Box-Wilson 71 Bảng 5.8. Các hệ số hồi quy có nghĩa của các hàm Y1 và Y2 72 Bảng 5.9. Kiểm tra tính thích ứng của mô hình toán 73 Bảng 5.10. Giá trị tối ưu của các yếu tố vào xi và các hàm Y1 và Y2 73 Bảng 5.11. Các hệ số hồi quy dạng thực 74 Bảng 5.12: Kết quả thí nghiệm ứng với giá trị tối ưu của các thông số vào 76 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….. vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Rơm khô và cỏ voi 3 Hình 1.2. Các liên hợp máy thu gom và ép bánh rơm, cỏ khô (Hà Lan) 5 Hình 1.3. Các liên hợp máy thu gom và ép bánh rơm, cỏ khô (Nhật Bản) 6 Hình 1.4. Liên hợp máy thu và ép cỏ kiểu trục ép 7 Hình 1.5. Máy ép rơm cỏ ΠCM-5,0A (Liên xô cũ) 8 Hình 1.6. Máy ép rơm cỏ khô ERC-1,0 (Việt Nam) 9 Hình 2.1. Sơ ñồ nguyên lý cấu tạo của máy ép rơm cỏ khô ERC-1 12 Hình 2.2. Mô hình 3D của máy ép rơm cỏ khô ERC- 1 13 Hình 2.3. Sơ ñồ các yếu tố vào và ra của thiết bị ép 17 Hình 2.4. ðồ thị hàm mong muốn thành phần dj khi Yj bị chặn một phía 24 Hình 3.1. ðường cong chỉ thị và ñường cong công nghệ của quá trình ép 29 Hình 3.2. Sơ ñồ lực tác ñộng lên phân tố của bánh ép 31 Hình 3.3. ðặc tính phân bố mật ñộ trong bánh ép 34 Hình 3.4. ðồ thị phân bố áp suất trong khuôn ép có ñáy cố ñịnh 35 Hình 4.1. Sơ ñồ cấu tạo bộ ép 41 Hình 4.2. Kiểm tra bền cửa tháo liệu (ñáy khuôn ép) 42 Hình 4.3. Kiểm tra bền tấm ép 43 Hình 4.4. Sơ ñồ nguyên lý kết cấu hệ thống thủy lực có bình tích áp 45 Hình 4.5. Bình tích áp khí - thủy lực kiểu pittong 46 Hình 4.6. Sơ ñồ thủy lực ñiều khiển bình tích áp khí thủy lực kiểu không có pittong 48 Hình 4.7. Hoạt ñộng của máy ép trong thời gian hành trình công tác 51 Hình 4.8. Van chuyển 61 Hình 4.9. ðồ thị lực ñặc trưng cho quá trình ép 62 Hình 5.1. ðồ thị ảnh hưởng hành trình của bàn ép h (cm) 66 Hình 5.2. ðồ thị ảnh hưởng của ñộ ẩm ban ñầu vật liệu ép w (%) 68 Hình 5.3. ðồ thị ảnh hưởng của khối lượng vật liệu ép M (kg) 69 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….. vii MỞ ðẦU Những năm gần ñây, ðảng và Nhà nước ta ưu tiên ñưa chăn nuôi phát triển thành ngành sản xuất chính, trong ñó ñặc biệt ưu tiên phát triển chăn nuôi bò sữa. Quyết ñịnh của Thủ tướng Chính phủ số 167/2001/Qð - TTg ngày 26/10/2001 và chính sách xuất khẩu trong nông nghiệp ñã tạo ñà phát triển và hỗ trợ rất lớn cho ngành chăn nuôi. Việc chăn nuôi trâu, bò ñược phát triển mạnh từ hộ ñến các trang trại, trung tâm. Hiện nay các tỉnh như Tuyên Quang, Vĩnh Phúc, Sơn La, Hà Tây, Tp. Hồ Chí Minh, Bình Dương,... ñang phát triển các cơ sở, trang trại nuôi tập trung từ 200 - 300 con ñã thu ñược hiệu quả tốt. Bò là loài vật mẫn cảm với thức ăn, khí hậu, nhất là các giống cho năng suất và chất lượng cao - thức ăn là yếu tố quyết ñịnh trên 60% hiệu quả chăn nuôi bò. ðể ñáp ứng ñược việc cung cấp thức ăn một cách chủ ñộng, ổn ñịnh và chất lượng cao, thức ăn của trâu, bò ñược chế biến công nghiệp chủ yếu có các dạng sau: viên thức ăn thô; thức ăn tổng hợp dạng bột và dạng viên; khối ñá liếm; bánh dinh dưỡng; thức ăn ủ chua; thức ăn thô ñóng bánh ñể dự trữ, làm nguyên liệu chế biến thành miếng cỏ... ðất nước ta vốn chiếm 80% diện tích nông nghiệp,ñất nước từ nền công nghiệp, nông nghiệp lạc hâu .Sản xuất nông nghiệp hầu như không có máy móc mà dựa vào sức trâu, bò là chủ yếu và nguồn thức ăn chính cho trâu, bò là thức ăn như rơm và cây xanh, cho ñến nay với nền nông nghiệp và nền công nghiệp dần dần hiện ñai, nông nghiệp sản xuất dần dần ñược thay thế bằng máy móc, Hệ thống sản xuất cung ứng thức ăn chăn nuôi cần ñược tổ chức ñồng bộ, khép kín từ khâu tạo giống, sản xuất trên ñồng, thu hoạch, sơ chế, bảo quản, dự trữ cung ứng nguyên liệu, chế biến và tiêu thụ sản phẩm. Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….. 1 Thức ăn thô xanh và khô là nguồn thức ăn chính (chiếm trên 65 %). Vào mùa vụ bò ñược cho ăn cây xanh vừa thu hoạch (trung bình một ngày cần cung cấp khoảng 25 - 40 kg cỏ tươi cho trâu, bò). Cỏ và rơm khô ngoài việc làm thức ăn chính trong thời gian trái vụ (cần từ 4 - 7 kg cho bò và 8 - 12kg cho trâu) còn ñược sử dụng làm nguyên liệu chế biến các loại thức ăn viên thô, viên tổng hợp chất lượng cao, miếng cỏ khô. Cỏ và rơm khô ở trạng thái tự nhiên có tỷ trọng bé, chiếm chỗ lớn gây khó khăn trong việc vận chuyển và bảo quản. Mặt khác do ñiều bánh khí hậu nước ta nóng ẩm, mưa nhiều (nhất là các tỉnh miền núi phía Bắc có dộ ẩm cao) rơm và cỏ khô nếu bảo quản không tốt dễ bị nấm mốc, mục, giảm chất lượng, ảnh hưởng ñến sức khỏe của trâu bò nuôi. Cần thiết sau khi thu hoạch chúng phải ñược nén ép lại ñể giảm thể tích nhờ ñó dễ dàng vận chuyển giảm chi phí kho chứa bảo quản. Vấn ñề cấp bách mà thực tế ñặt ra cần phải giải quyết là có một mẫu máy có thể ñáp ứng ñược nhu cầu về ñóng bánh cỏ - rơm khô, nhưng máy phải có kết cấu gọn nhẹ, dễ vận chuyển (ñến nơi có nguyên liệu) phù hợp với loại hình, quy mô sản xuất nhỏ nhờ vậy mới có thể giải quyết ñược vấn ñề giảm chi phí vận chuyển và bảo quản rơm, cỏ khô. ðể ñáp ứng ñược nhu cầu thức ăn cho chăn nuôi, từ sản xuất thức ăn thô, sơ chế thức ăn thô tại cơ sở chăn nuôi và cung ứng thức ăn dự trữ, giảm chi phí cho việc vận chuyển, phù hợp với quy mô, khả năng ñầu tư, tận dụng ñược nguyên liệu có sẵn ở ñịa phương, chúng tôi tiến hành thực hiện ñề tài: “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy ép rơm, cỏ khô làm thức ăn dự trữ cho trâu bò ”. Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….. 2 Chương 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1. ðẶC ðIỂM CỦA MỘT SỐ LOẠI RƠM, CỎ KHÔ Rơm và cỏ khô là loại thức ăn thông dụng cho trâu bò và ñược coi là loại thức ăn dự trữ về mùa ñông (hình 1.1). Hình 1.1. Rơm khô và cỏ voi Hình dạng của sợi rơm khô tùy thuộc vào khi thu hoạch lúa, người nông dân tiến hành tuốt lúa dưới hình thức nào: Dùng máy tuốt lúa liên hoàn hay tuốt lúa ñạp chân. - Khi sử dụng máy tuốt lúa ñạp chân, người nông dân gặt gần hết phần gốc lúa (chiều dài trung bình từ ngọn ñến phần cắt 600 - 650 mm) có ñường kính trung bình từ 4 – 6 mm (cách gốc 100 mm), sau ñó rơm ñược phơi khô thì ñường kính giảm xuống còn 3 - 5 mm, rơm vẫn còn hình dạng ban ñầu gồm nhiều ñốt chứa khí ñược ngăn cách nhau bởi các màng xốp mỏng. Khi nén ép sẽ có ñộ biến dạng và ñàn hồi lớn. - Khi sử dụng máy tuốt lúa liên hoàn, người nông dân chỉ gặt phần bông lúa (chiều dài từ ngọn ñến phần cắt 300 - 400 mm) có ñường kính trung bình tại vị trí cắt từ 2 – 3 mm, hoặc nếu có cắt rơm dài ra thì khi chạy qua máy tuốt liên hoàn, rơm cũng bị dập nát. Vì vậy khi nén ép, rơm dễ xếp lớp, Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….. 3 ñộ biến dạng và ñàn hồi ít hơn. Cỏ khô ñược ñóng bánh ở Việt Nam rất ít do lượng cỏ trồng ñược không nhiều. Một số nơi trồng cỏ Voi hoặc cỏ Mỹ làm thức ăn xanh, thái ra làm thức ăn ủ chua còn thừa thì mới ñem phơi. Cỏ Voi khi thu hoạch có kích thước trung bình cách gốc 200 mm vào khoảng 8 -13 mm, thân cây dài 900 - 1500 mm, sau khi phơi kích thước giảm xuống do thân cây bị xẹp lại 5 - 10 mm, thân cây dai, dài lồng khồng nên mất nhiều công ñưa vào khuôn ép (nạp liệu). 1.2. YÊU CẦU CÔNG NGHỆ CỦA QUÁ TRÌNH ÉP Nén ép vật liệu trong nông nghiệp là một quá trình phức tạp, bởi tính chất cơ lý tính của các ñối tượng nghiên cứu. Bản thân các loại vật liệu này vừa có tính ñàn hồi và biến dạng khi chịu lực tác ñộng ở những mức ñộ và trạng thái nhất ñịnh. Với các vật liệu như rơm, cỏ khô mức ñộ ñàn hồi và biến dạng phụ thuộc nhiều vào trạng thái ép của vật liệu, kết cấu bộ phận ép cũng như lực ép và thời gian ép. Khối rơm, cỏ khô sau khi ép cần phải ñược ñịnh hình, ñảm bảo ñộ bền liên kết, vững chắc có kích thước hợp lý, thuận tiện cho quá trình vận chuyển. ðể ñảm bảo rơm không hỏng trong thời gian bảo quản ñộ ẩm của rơm, cỏ khô khi ép W = 10 - 15%. Một số chỉ tiêu của bánh rơm, cỏ khô sau khi ép: Có kích thước các chiều dài, rộng, phù hợp khả năng sắp xếp vào các thùng xe vận chuyển, bảo quản. Do ñó ñể thuận tiện cho việc ñịnh lượng thức ăn, khênh vác và sắp xếp khi vận chuyển thì kích thước mỗi bánh thường ñược chọn: dài 0,6m; rộng 0,5 m; cao 0,4 m. (Hiện nay các xe thường có kích thước chiều rộng thùng xe tải : 2,2 2,4 m và dài 4,5 – 5,5 m cho nên với kích thước bánh như trên dễ sắp xếp) 1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG MÁY ÉP RƠM CỎ KHÔ Ở TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….. 4 ðối với nhiều nước trên thế giới, ñặc biệt là các nước công nghiệp như Tây Âu, Bắc Mỹ, ðông Âu, Châu Úc, những nước có nền nông nghiệp hiện ñại thì ngành chăn nuôi và trồng trọt có quan hệ khăng khít với nhau. Vấn ñề cơ giới hóa thu hoạch cỏ và rơm khô ñã ñạt mức ñộ khá cao. Mục tiêu chính là có thể cơ khí hóa toàn bộ khâu thu hoạch cỏ bao gồm: vận chuyển, bảo quản và phân phối cỏ khô. 1.3.1. Liên hợp máy thu gom và ép cỏ Trên hình 1.2 là hình ảnh một số liên hợp máy thu gom và ép cỏ (do Hà Lan chế tạo) dùng ñể thu gom và ñóng gói rơm cỏ khô . Hình 1.2. Các liên hợp máy thu gom và ép bánh rơm, cỏ khô (Hà Lan) Cỏ sau khi cắt ñược phơi khô trên ñồng, ñược liên hợp máy thu hoạch gom lại và ép thành từng bó hình khối lập phương nhờ các máng ép . Máng có tiết diện hình chữ nhật có kích thước cao: 0,25 – 0,40 m và rộng từ 0,55 – Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….. 5 1,10 m dạng cong về phía pittông ép, phần còn lại thì thẳng. ðể ñảm bảo ñộ chặt của bó cỏ, cửa ra của máng ñược làm hẹp lại. Máy ép cỏ tạo thành cuộn cỏ hình trụ lớn: Các cuộn cỏ hình trụ có ñường kính từ 1,6 -1,8 m và dài từ 1,5 - 1,7 m, trọng lượng cuộn cỏ từ 400 700 kg ñối với cỏ khô và 250 - 450 kg ñối với rơm. Dải cỏ ñược ñưa vào máy, cuộn dần theo ñường xoắn ốc cho tới khi ñạt ñược ñường kính mong muốn. Các máy ép trên hoạt ñộng liên tục có năng suất tương ñối cao nhưng có cấu tạo khá phức tạp, kích thước cồng kềnh và chỉ sử dụng ñối với các ñồng cỏ, hoặc ruộng lớn, giá thành cao thích hợp với mô hình sản xuất lớn, ñồng bộ . Trên hình 1.3 là hình ảnh một số liên hợp máy thu gom và ép cỏ (do Nhật Bản chế tạo) dùng ñể thu gom và ñóng gói rơm cỏ khô. a) b) Hình 1.3. Các liên hợp máy thu gom và ép bánh rơm, cỏ khô (Nhật Bản) Trên hình 1.4 là là sơ ñồ nguyên lý cấu tạo của liên hợp máy thu và ép cỏ kiều con lăn ép. ðây là loại máy ép có khuôn di ñộng thường sử dụng trong các máy thu hoạch cỏ, rơm liên hoàn. Loại máy này có ưu ñiểm: Năng suất cao, sản phẩm ép ñược tự ñộng ñẩy ra ngoài sau một quá trình ép. Tuy nhiên nó có nhược ñiểm là: phải tiêu tốn nhiều năng lượng ñể khắc phục lực ma sát nên áp suất ép bị giảm, ép có ñộ chặt thấp. Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….. 6 Hình 1.4. Liên hợp máy thu và ép cỏ kiểu trục ép 1. Pittông; 2. Biên; 4. Tấm bao; 4. Bánh răng lớn; 5. Bộ phận cấp liệu; 6. Tấm bao bộ phận thu cỏ; 7. Bộ phận thu cỏ; 8. Cam; 9. Tấm chắn; 10. Xích; 11. Bánh ñà; 12. Kim; 14. ðiều chỉnh kim; 14. ðoạn thoát tải; 15. Xích; 16. Bánh xe con cóc; 17. Cơ cấu thắt nút; 18. Bánh sao ñè; 19. Buồng nén; 20. ðiều chỉnh ñộ nén. 1.3.2. Các loại máy ép rơm tĩnh tại Trên hình 1.5 là sơ ñồ nguyên lý cấu tạo máy ép ΠCM-5,0A dùng ñể ép cỏ, rơm thành bó do Liên Xô cũ chế tạo . Cấu tạo gồm các bộ phận chính: Khung, phễu nạp liệu, bộ phận dồn cỏ, buồng tiếp nhận cỏ, buồng ép, píttông, cơ cấu tay quanh, bộ phận giữ cỏ và băng truyền. Toàn bộ cơ cấu làm việc lắp trên khung bằng kim loại tựa trên 4 bánh xe. ðáy của buồng ép lắp chặt với phần dưới của khung. Nắp của buồng ép lắp vào khung sao cho có thể thay ñổi chiều cao lỗ thoát của buồng ñể ñiều chỉnh ñộ chặt của máy ép. Pítông của máy ép thực hiện 40 hành trình trong 1 phút và hình thành bó cỏ dài 780 – 830 mm, trọng lượng bó cỏ thường vào khoảng từ 30 – 40 kg Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….. 7 với ñộ chặt ñạt ñược 250 – 380 kg/m4. Việc bó cỏ ñược thực hiện bằng tay. Công suất cộng cơ 26 mã lực, trọng lượng máy 1.250 kg, chiều dài máy ở vị trí làm việc 6.120 mm, chiều rộng 1.460 mm và chiều cao là 2.677mm. Hành trình píttông 752 mm. Hình 1.5. Máy ép rơm cỏ ΠCM-5,0A (Liên xô cũ) 1. Phễu nạp; 2. Bộ phận dồn cỏ; 4. Hệ thống truyền ñộng chính; 4. Khung; 5. pittông; 6. Buồng tiếp nhận; 7. Ngàm; 8. Buồng ép; 9. ðáy; 10 Nắp; 11. Bộ phận ñiều chỉnh ñộ chặt; 12. Băng truyền; 14. Cơ cấu tay quay. Quá trình làm việc của máy: Cỏ theo băng truyền vào phễu nạp, qua bộ phận dồn cỏ từng phần cỏ ñưa vào buồng tiếp nhận. Píttông chuyển ñộng dồn chặt và ép phần cỏ vào trong buồng ép. Sau ñó từng phần khối cỏ di chuyển vào buồng bó, tại ñây sau từng khoảng thời gian nhất ñịnh ta lồng dây vào ñể bó. Trong khoảng chạy không của píttông cỏ bị ép ñược bộ phận giữ cỏ giữ lại. ðộ chặt của cỏ trong buồng tiếp nhận tạo nên do tiết diện ngang của buồng ép giảm dần, kết quả là tăng sức cản biến dạng và tăng ma sát giữa cỏ với thành buồng. Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….. 8 ðộ chặt ép ñiều chỉnh bằng cách thay ñổi ñộ nghiêng của thành trên buồng ép. Áp lực ép phụ thuộc vào loại và ñộ ẩm của cỏ, rơm ñộ chặt ép ban ñầu. Các thí nghiệm cho biết ép ở buồng có kích thước 35 – 45 cm lực ép lớn nhất không vượt quá 8.000 - 9.000 kG, khi ñó ñộ chặt của bó cỏ trong khoảng 350 – 450 kg/m3 ñể bó cỏ ñược ép trọng lượng 40 – 50 kg cần 13 – 18 ñường chạy làm việc của píttông khi cung cấp bằng tay và tới 25 ñường chạy làm việc khi cung cấp bằng máy. Trên hình 1.6 là hình ảnh máy ép rơm cỏ khô ERC-1,0 do công ty Z755 của quân ñội chế tạo dựa theo nguyên lý máy ép pitong ΠCM-5,0A của Liên xô (cũ). Hình 1.6. Máy ép rơm cỏ khô ERC-1,0 (Việt Nam) Máy có ñặc ñiểm là làm việc liên tục do ñó cho năng suất cao (khoảng 1 tấn/giờ, trọng lượng một bánh trung bình khoảng 20 kg), có thể thay ñổi kích thước khuôn ép. Nhưng có nhược ñiểm là kích thước cồng kềnh, chiếm nhiều diện tích, khó di chuyển nên thường ñặt cố ñịnh, việc buộc bánh sau khi ñóng thực hiện bằng tay. Máy có công suất lớn và nạp liệu liên tục nên phải tập kết một khối lượng lớn rơm hoặc cỏ khô tại nơi ép do ñó chi phí vận chuyển cao (do rơm Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….. 9 hoặc cỏ khô phải ñem từ nơi khác ñến nơi ép); phải có một diện tích lớn ñể tập kết nguyên vật liệu. ðiều này là không phù hợp với quy mô của nông hộ, trang trại chăn nuôi và của cả người làm dịch vụ. 1.4. PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC MÁY ÉP RƠM, CỎ KHÔ Qua việc nghiên cứu, tìm hiểu tài liệu trong và ngoài nước cũng như phân tích các ưu nhược ñiểm của từng loại máy ép hiện có, chúng tôi nhận thấy: - ðối với thiết bị máy móc hoạt ñộng theo nguyên lý liên tục, tất cả các khâu từ nạp liệu, ép, buộc và tháo liệu ñều tiến hành tự ñộng nhờ ñó ñạt ñược năng suất cao, nhưng máy cồng kềnh, phức tạp. Máy làm việc theo nguyên lý liên tục có thể ép rơm thành bó tròn hoặc khối lập phương. Các máy loại này có giá thành cao, chưa phù hợp với ñiều kiện trang bị của các trang trại chăn nuôi và người làm dịch vụ ở nông thôn hiện nay. - ðối với thiết bị máy móc hoạt ñộng theo nguyên lý không liên tục, loại này có cấu tạo ñơn giản, dễ sử dụng tuy chi phí nhiều sức lao ñộng hơn so với máy liên tục, phụ thuộc vào trình ñộ của người thao tác, năng suất thấp do phải nạp liệu, buộc và tháo liệu bằng tay, song nó có giá thành vừa phải, chấp nhận ñược ñối với các trang trại chăn nuôi. Về mặt tạo lực ép: có thể sử dụng hệ thống thuỷ lực và ñộng cơ thuỷ lực; ñộng cơ hộp số với hệ thống các thanh răng hoặc hệ bánh răng - trục vít. Nếu sử dụng hệ thống ñộng cơ hộp số, thanh răng thì kết cấu cồng kềnh, nặng nề. Việc sử dụng hệ thống thiết bị thuỷ lực có lợi hơn do kết cấu nhỏ gọn, dễ thao tác, vận hành và sử dụng. Về mặt sử dụng năng lượng: có thể ép thủ công (bộ phận ép trục vít bánh vít) hoặc thiết bị máy móc ñược cơ giới hoá (sử dụng ñộng cơ ñiện hay ñộng cơ diezel). Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….. 10 Mặt khác dựa vào nhu cầu thực tế chúng tôi lựa chọn nguyên lý ép không liên tục (khuôn ép cố ñịnh), sử dụng hệ thống thiết bị ép thuỷ lực. Máy có thể sử dụng ñộng cơ ñiện hoặc diesel. 1.5. MỤC ðÍCH VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA ðỀ TÀI 1.5.1. Mục ñích nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số ñến quá trình ép rơm cỏ, khô làm cơ sở cho việc thiết kế chế tạo máy nhằm phục vụ cho việc vận chuyển bảo quản rơm cỏ khô, tạo ñiều bánh ñể triển khai áp dụng rộng rãi trong sản xuất. 1.5.2. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu một số tính chất cơ lý của rơm cỏ khô có liên quan ñến quá trình ép. - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của quá trình ép - Nghiên cứu tính toán thiết kế các bộ phận chính của máy ép. - Nghiên cứu thực nghiệm xác ñịnh ảnh hưởng của một số thông số ñến năng suất và chất lượng sản phẩm ép Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….. 11 Chương 2 ðỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. ðỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ðể phù hợp với quy mô sản xuất của các cơ sở sản xuất thức ăn cho trâu bò, chúng tôi chọn ñối tượng nghiên cứu của ñề tài là máy ép kiểu pittông nằm ngang (ký hiệu ERC-1). Phối hợp với Viện Cơ ðiện nông nghiệp và Công nghệ STH chúng ñã tính toán một số thông số cơ bản của quá trình ép và tiến hành khảo nghiệm xác ñịnh một số chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật làm cơ sở thiết kế cải tiến máy ép. Sơ ñồ nguyên lý thiết kế tổng thể của máy ép rơm, cỏ khô (ký hiệu ERC-1) ñược thể hiện trên hình 2.1. 1 11 10 2 5 4 3 9 4 8 5 7 6 Hình 2.1. Sơ ñồ nguyên lý cấu tạo của máy ép rơm cỏ khô ERC-1 1- Phiễu cấp liêu; 2- Thân khuôn ép; 3- Rãnh luồn dây buộc; 4- ðáy khuôn; 5Gân tăng cứng; 6- Bơm dầu thủy lưc; 7- ðộng cơ ñiện; 8- Thùng chứa dầu thủy lực; 9- Xi lanh thủy lực; 10- Hộp phân phối dầu thủy lực; 11- Bàn ép Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….. 12