Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật thiết kế, thử nghiệm máy bón phân viên nén dúi sâu

  • Số trang: 41 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 18 |
  • Lượt tải: 0
hoangtuavartar

Đã đăng 24780 tài liệu

Mô tả:

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ------------o0o------------ HOÀNG MẠNH CƢỜNG THIẾT KẾ, THỬ NGHIỆM MÁY BÓN PHÂN VIÊN NÉN DÚI SÂU TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Mã số: 60520103 Thái Nguyên, 2013 Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Tóm tắt Phân bón viên nén sử dụng cho cây lúa đã được nghiên cứu từ những năm 1980 ở nhiều quốc gia, đem lại hiệu quả cao hơn cách bón phân truyền thống. Khảo sát về nhu cầu sử dụng phân bón dạng viên nén cho cây lúa và máy bón phân viên nén hiện nay ở Việt Nam cho thấy nhu cầu sử dụng máy bón phân viên nén là rất lớn. Việc chế tạo máy bón phân viên nén theo các mẫu máy nước ngoài gặp khó khăn vì không thể áp dụng công nghệ ép nhựa tiên tiến, giá thành cao; mẫu máy không phù hợp với các dạng viên nén đang có trong nước. Bốn mô hình cơ cấu cấp phân giống các mẫu máy của nước ngoài, bao gồm cơ cấu cấp kiểu thìa múc, cơ cấu cấp kiểu kiểu đĩa múc, cơ cấu múc kiểu cam cần đẩy, cơ cấu kiểu xích tải đã được chế tạo và tiến hành đánh giá thực nghiệm. Một cơ cấu mới phù hợp hơn với khả năng chế tạo mà lại phù hợp hơn với các dạng viên đa hình đang có trong nước đã được đề xuất, chế tạo và vận hành thử nghiệm cho kết quả tốt. Một máy bón phân viên nén hoàn chỉnh với cơ cấu cấp phân tự động, linh hoạt, đơn giản, loại bỏ được gần như hoàn toàn hiện tượng viên phân kẹt và vỡ viên phân, khoảng cách dải phân đồng đều, kết cấu máy đơn giản, dễ vận hành, dễ bảo dưỡng, vật liệu chế tạo tại chỗ và rất sẵn ở Việt Nam; đã được thiết kế, chế tạo và vận hành thử nghiệm thành công. Các kết quả của đề tài này có thể được sử dụng hữu ích cho những nghiên cứu thêm về máy bón phân trong tương lai để cải thiện khả năng làm việc của máy phù hợp hơn với thực tế nhiều vùng nông thôn Việt Nam. Thực hiện: Hoàng Mạnh Cường 1 Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Chƣơng 1 GIỚI THIỆU Chương này giới thiệu những đặc điểm cơ bản, nguyên tắc sử dụng phân bón vô cơ dạng viên nén dúi sâu (Fertilizer Deep Placement – FDP). Thực trạng sử dụng phân viên nén ở Việt Nam, ở một số nước trên thế giới và nhu cầu cơ giới hóa trong canh tác sử dụng viên phân nén dúi sâu ở Việt Nam lần lượt được trình bày trong các phần 1.1, 1.2 và 1.3. Một số kết quả của các công trình nghiên cứu về cơ giới hóa quá trình tạo và bón phân viên nén dúi sâu được tóm tắt trong phần 1.4. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài này và những kết quả đạt được của đề tài sẽ được giới thiệu trong phần 1.5, 1.6. Phần cuối cùng, phần 1.7 giới thiệu cấu trúc của luận văn. 1. 1. Phân bón viên nén Phân viên nén là một loại phân tổng hợp từ ba thành phần chính là Đạm, Lân và Kali; có đặc tính tan chậm trong nước, vừa đủ cho các thời kì sinh trưởng và phát triển của cây trồng. Việc sử dụng phân viên nén đảm bảo cho cây trồng vừa có đủ dinh dưỡng mà lại không bị ngộ độc do phân được bón quá nhiều, đồng thời cũng đảm bảo cho phân bón không bị mất mát do bị rửa trôi hay bốc hơi. Bằng cách sử dụng phân bón viên nén hợp lý, chất dinh dưỡng trong viên phân nén sẽ tan dần, phù hợp với nhu cầu của cây trồng theo từng thời kỳ nên vừa tiết kiệm được cả công sức, vật tư mà hiệu quả lại cao hơn cách bón phân truyền thống [1-6]. Các nghiên cứu gần đây đã cho thấy, sử dụng phân viên nén dúi sâu tiết kiệm được khoảng 30% chi phí, lượng giống giảm; hạn chế được sâu bệnh; năng suất lúa cao hơn lúa bón phân thường từ 50 đến 100kg/sào. Thêm nữa, loại phân viên dúi sâu rất phù hợp với ruộng bậc thang, không bị rửa trôi, bốc hơi [1-5]. Hiện nay, phân bón viên nén dúi sâu dùng cho cây lúa do Bộ môn Thủy nông Canh tác, Khoa Đất-Môi trường thuộc Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội nghiên cứu, sản xuất đã được sử dụng rộng rãi ở nhiều địa phương đưa lại hiệu quả kinh tế cao. Thực hiện: Hoàng Mạnh Cường 2 Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí 1.2. Nguyên tắc sử dụng phân bón dạng viên nén 1.3. Thực trạng sử dụng phân bón viên nén 1.4. Nhu cầu cơ giới hóa bón phân viên nén Nguyên tắc sử dụng phân viên nén dúi sâu cho cây lúa như đã giới thiệu trong phần 1.2, yêu cầu là cứ cách 4 khóm lúa - cách nhau một khoảng (20 x 20) cm phải có một viên phân nằm sâu dưới mặt ruộng từ 6-10 cm và cách nhau một khoảng cố định 20 cm. Như đã nêu ở phần trên, hiện nay phương pháp phổ biến nhất để bón phân viên nén cho cây lúa vẫn là phương pháp thủ công “dúi phân” bằng tay. Sử dụng phương pháp này, không chỉ người trồng lúa phải tiêu tốn rất nhiều sức lao động, thời gian và chi phí sản xuất vì phải làm công việc giống như cấy lúa thêm lần thứ hai mà còn làm cho việc nhân rộng mô hình sử dụng FDP cho cây lúa gặp rất nhiều khó khăn. Vì vậy, để tiết kiệm thời gian, sức lao động, chi phí, cần thiết phải có máy bón phân viên nén dúi sâu để giải phóng sức lao động, đem lại hiệu quả kinh tế cho người trồng lúa. Ở các quốc gia được nhận sự hỗ trợ của tổ chức IFDC, cùng với mô hình ứng dụng phân viên nén FDP cho cây trồng là các hệ thống dây chuyền sản xuất phân viên nén và những nghiên cứu thử nghiệm máy bón phân viên nén. Quốc gia đi đầu trong số các nước đang phát triển đang triển khai các dự án nghiên cứu thử nghiệm máy bón phân viên nén là Bangladesh, đặc biệt là các dự án này có được sự ủng hộ từ chính phủ (Xem hình 1.5). Hình 1.5. Bộ trưởng Nông nghiệp Bangladesh và đại sứ Mỹ tại Bangladesh trong lễ ra mắt sản phẩm máy bón phân cải tiến Thực hiện: Hoàng Mạnh Cường 3 Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Trong khoảng thời gian cuối năm 2010 và 2011, dựa trên cơ sở là những cải tiến thiết kế máy mới nhất ở Bangladesh nhóm nghiên cứu và phát triển của IFDC đứng đầu là tiến sĩ Bidjokazo Fofana, đã nghiên cứu và ứng dụng máy dúi sâu viên nén cho đất canh tác ở châu Phi [10]. Hình 1.6. Mẫu máy thiết kế cho Châu Phi dựa trên thiết kết của Bangladesh Các máy của tổ chức IFDC thiết kế cho Châu Phi (hình 1.6) có kết cấu rất đơn giản, nguyên lý hoạt động kiểu Piston, hoạt động dễ dàng; khối lượng máy chỉ nặng khoảng 2kg. Chi phí chế tạo máy này ước tính tại thời điểm (2010-2011) là khoảng 95 USD. Đây là lựa chọn có thể chấp nhận được cho nông dân. Tuy nhiên, năng suất của máy không được cao. Thao tác vận hành máy vẫn còn bán thủ công. Hình 1.7. Mẫu máy thử nghiệm dùng thìa múc Thực hiện: Hoàng Mạnh Cường 4 Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Một mẫu máy khác cũng của Bangladesh có nguyên lý sử dụng các thìa múc quay tròn để cấp phân nén được minh họa trên hình 1.7 (Nguyên tắc làm việc của máy sẽ được phân tích trong các phần tiếp sau). Máy có kết cấu rất đơn giản, nhỏ gọn, dễ chế tạo, dễ sử dụng và vật liệu chế tạo cũng rất sẵn có. Tuy nhiên, thực nghiệm cho thấy máy vẫn còn hiện tượng viên phân nén bị vỡ, bị kẹt, xuất hiện hiện tượng dúi bỏ sót khi vận tốc đĩa múc lớn, khi máy được di chuyển không đều. Thêm nữa, kết cấu bộ phận cung cấp khá phức tạp do cần khống chế lượng viên phân trong khoang chờ múc. Phân tích cho thấy, có nhiều nguyên lý có thể chia tách các hạt từ đống vật liệu rời (viên nén). Tuy nhiên, khó khăn chính nằm ở chỗ, phân viên nén FDP trong nước hiện nay được ép ra có hình dạng, kích thước rất không thống nhất. Điều này dẫn đến các khó khăn cho thiết kế và chế tạo bộ phận phân phối phân của máy, cụ thể là:  Gây ra sự “tranh chấp” của các viên phân nén trong bộ phận cung cấp phân làm cho phân bị kẹt, tắc và gây vỡ viên phân.  Gây ra hiện tượng khoảng cách giữa các viên phân trong cùng một hàng không đều do viên phân chuyển động không đều hoặc kẹt trong ống dẫn phân từ bộ phận cung cấp đến rãnh rạch trên ruộng.  Xảy ra tình trạng các viên phân tạo thành vòm trong thùng chứa do các viên phân sắp xếp đan vào nhau rất chắc chắn, gây khó khăn cho việc tách rời từng viên phân để cung cấp cho bộ phận bón phân. Ở Việt Nam, trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội cũng đã triển khai các đề tài nghiên cứu, thử nghiệm về máy bón phân viên nén dúi sâu (hình 1.8). Ngày 5/7/2012 Công ty cổ phần Công nghệ xanh Đại học Nông nghiệp Hà Nội cũng đã tổ chức thử nghiệm máy bón phân viên nén (hình1.8) tại xã Liên Sơn- Bắc Giang [17]. Tuy nhiên, đến nay các máy này vẫn chưa đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật như đã phân tích. Do vậy, đến nay vẫn chưa có máy bón phân viên nén thương mại nào đáp ứng được yêu cầu trên thị trường Việt Nam. Thực hiện: Hoàng Mạnh Cường 5 Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Hình 1.8. Hai mẫu máy dúi phân nén của Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Tóm lại, lợi ích của việc bón phân dúi sâu là rất lớn. Tuy nhiên, cơ giới hóa cho thao tác dúi phân lại là một vấn đề chưa được giải quyết trọn vẹn. Ở các nước phát triển, việc dúi phân được thực hiện tự động, gắn liền với quá trình làm đất. Tuy nhiên, ở các nước đang phát triển, diện tích canh tác còn nhỏ lẻ, việc triển khai sử dụng viên nén dúi sâu gặp khó khăn ở chính khâu dúi phân vì đòi hỏi công sức nhiều hơn bón phân vãi truyền thống. Nhu cầu sử dụng máy bón phân viên nén ở các nước đang phát triển vì vậy rất cao. Tuy nhiên, cho đến nay, các tài liệu chuyên khảo phục về tính toán, thế kế và chế tạo máy bón phân viên nén dúi sâu hầu như là không có. Xuất phát từ các tồn tại nêu trên, đề tài này được thực hiện nhằm tính toán, thiết kế, chế tạo và vận hành thử nghiệm một loại máy bón phân viên nén dúi sâu đơn giản, phù hợp với điều kiện sản xuất và vận hành ở Việt Nam. 1.5. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu chính của đề tài là tính toán thiết kế và chế tạo thử nghiệm thành công một loại máy bón phân viên nén dúi sâu đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và phù hợp với điều kiện nông thôn và miền núi Việt Nam. Các mục tiêu cụ thể là:  Khảo sát các đặc điểm cơ học của các loại đất canh tác thông dụng;  Thiết kế máy bón phân nén thỏa mãn các yêu cầu đầu vào về kích cỡ viên phân nén đang có; các yêu cầu đầu ra về tốc độ, chiều sâu dúi viên phân nén và mật độ phân phối; các cơ cấu điều chỉnh các thông số vào, ra mềm dẻo; Thực hiện: Hoàng Mạnh Cường 6 Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí  Chế tạo một loại máy bón phân nén và thử nghiệm trên thực tế đồng ruộng tại một số tỉnh nông nghiệp;  Hoàn chỉnh kết cấu và quy trình sản xuất máy bón phân viên nén đạt yêu cầu; 1.6. Các kết quả chính đã đạt đƣợc Đề tài này đã đạt được mục tiêu cơ bản là thiết kế và chế tạo được một loại máy bón phân viên nén hoàn chỉnh. Các vấn đề cơ bản do hình dáng hình học không đồng đều của viên phân nén gây ra cho máy dúi phân đã được giải quyết. Một số kết quả chính của đề tài đã đạt được bao gồm: 1. Khảo sát yêu cầu thực tế nhằm xác định các thông số kỹ thuật chủ yếu để thiết kế cho sản phẩm từ những nhu cầu của thị trường và nhu cầu về công nghệ; 2. Đã thiết kế, chế tạo và vận hành thử nghiệm một loạt các mô hình thí nghiệm bao gồm: khảo sát ảnh hưởng của các cơ cấu cấp kiểu thìa múc, cơ cấu cấp kiểu kiểu đĩa múc, cơ cấu múc kiểu cam cần đẩy, cơ cấu kiểu xích tải; từ đó chọn ra kiểu phân phối viên nén phù hợp với dạng viên nén có hình dáng và kích thước có sai lệch nhau lớn; 3. Đã thiết kế, chế tạo, sản xuất và vận hành thử nghiệm một loại máy bón phân viên nén đạt được các kết quả như sau:  Hiện tượng viên phân “tranh chấp” trong bộ phận chứa dẫn đến hiện tượng kẹt và vỡ viên phân hầu như không có.  Khoảng cách giữa các viên phân trong một hàng đã được đảm bảo đều hơn.  Không còn hiện tượng viên phân tạo thành vòm trong bộ phận chứa.  Kết cấu máy đơn giản, dễ vận hành, dễ bảo dưỡng, vật liệu chế tạo tại chỗ và rất sẵn ở Việt Nam. 4. Đã công bố được 01 bài báo trên tạp chí cấp quốc gia – tạp chí Công nghiệp nông thôn, số 9/2013. 1.7. Cấu trúc của luận văn Thực hiện: Hoàng Mạnh Cường 7 Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Chƣơng 2 THIẾT KẾ CẤU TRÚC MÁY BÓN PHÂN VIÊN NÉN DÚI SÂU 2.1. Giới thiệu Chương này giới thiệu các cơ sở và cách thức tiếp cận cho bài toán thiết kế máy bón phân viên nén dúi sâu. Xuất phát từ những yêu cầu sử dụng thu thập được, nhóm thiết kế tiến hành xác định các yêu cầu kỹ thuật cơ bản dùng làm mục tiêu cho bài toán thiết kế. Các cơ cấu hiện đang sử dụng trên thế giới để tách cấp phân và chuyển viên phân nén xuống dưới mặt ruộng được giới thiệu, phân tích để đưa ra quyết định lựa chọn cho bài toán thiết kế. Một số thông số cơ học của đất và cách tính toán lực cản của đất cũng được tóm tắt lại để tiện cho việc tham chiếu tính toán lực đẩy máy khi vận hành. Trước hết, việc xác định các yêu cầu kỹ thuật cơ bản của một máy bón phân viên nén được trình bày trong phần 2.2. Phần 2.3, 2.4 giới thiệu, phân tích đặc điểm của viên phân nén và các cơ cấu tách viên phân hiện có. Cơ sở tính toán lực đẩy cần thiết cho máy được trình bày trong phần 2.5. 2.2. Một số yêu cầu kỹ thuật của máy bón phân viên nén Các yêu cầu kỹ thuật được xác định nhằm đáp ứng các yêu cầu sử dụng thực tế. Các yêu cầu thực tế được tập hợp thông qua việc khảo sát hiện trạng bón phân viên nén, ý kiến đề xuất của các nông dân thông qua các Sở khuyến nông, công ty sản xuất máy nông nghiệp và ý kiến khách hàng tại các triển lãm máy nông nghiệp toàn quốc. Xuất phát từ các yêu cầu thực tế, một số đặc tính kỹ thuật căn bản sẽ được đề xuất để đáp ứng các yêu cầu đó. 2.2.1. Nguyên tắc cấu trúc của máy bón phân viên nén Tham khảo một số kết cấu máy bón phân đã có và đang thử nghiệm trên thế giới [22], có thể phân tích cấu trúc của một máy bón phân viên nén thành 3 bộ phận chính sau đây:  Bộ phận chứa phân  Bộ phận tách viên phân ra khỏi thùng chứa Thực hiện: Hoàng Mạnh Cường 8 Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí  Bộ phận dúi viên Trên hình 2.1, một máy bón phân dúi sâu đẩy tay được sử dụng để minh họa nguyên tắc cấu trúc của máy. 3 1 2 Hình 2.1 Cấu trúc cơ bản của máy bón phân viên nén 1- bộ phận chứa phân, 2- bộ phận tách viên phân khỏi thùng chứa, 3- bộ phận dúi viên phân nén Với máy bón phân dạng này, viên phân nén sẽ từ bộ phận chứa phân 1 sẽ rơi vào bộ phận tách phân 2 nhờ trọng lượng của viên phân nén. Viên phân nén từ bộ phận tách phân sẽ đi qua ông dẫn tới bộ phận dúi phân 3 và được dúi xuống ruộng. 2.2.2. Các yêu cầu sử dụng máy bón phân viên nén Khảo sát thực tế cho thấy, các yêu cầu sử dụng thường được đặt ra với máy bón phân viên nén bao gồm: a. Máy cần rải được phân viên nén đều, đúng khoảng cách hàng, khoảng cách bước; b. Có thể chấp nhận lỗi bón trùng (một vị trí có thể bỏ 2 viên), nhưng không bỏ sót vị trí; c. Máy cần gọn nhẹ để có thể dễ dàng quay đầu khi đến bờ ruộng và không Thực hiện: Hoàng Mạnh Cường 9 Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí lún sâu khi vận hành; d. Khi vận hành, máy không đè hỏng cây lúa đã cấy khi bón thúc; e. Rẻ tiền; f. Dễ lau chùi, bảo dưỡng, thay thế, sửa chữa. 2.2.3. Các yêu cầu kỹ thuật cho máy bón phân viên nén Tiến hành phân tích đặc tính kỹ thuật các máy thương mại hiện có và các mô hình thử nghiệm trong và ngoài nước, các chỉ tiêu kỹ thuật tương ứng sau đây đã được đề xuất: 1) Máy có khối lượng kể cả phân viên nén không quá 10 kg nhằm đảm bảo khả năng bê máy lên quay đầu khi đến bờ ruộng; 2) Bộ phận chia tách phân đảm bảo rời rạc hóa và cung cấp cho bộ phận dúi sâu 01 viên phân nén cứ sau mỗi khoảng cách 18 cm dịch chuyển của máy; Ta gọi thông số này là bước rải dọc; 3) Khi bón thúc cho lúa, máy chỉ di chuyển dọc theo các hàng lúa đã cấy. Khoảng cách giữa các hàng phân được bón phải cách đều và lấy theo thông số ruộng lúa thực tế. Gọi khoảng cách này là bước ngang; 4) Tỷ lệ bỏ sót các viên phân nén không quá 2%; 5) Xác suất kẹt các viên phân trong bộ phận tách phân không quá 1%; 6) Giá thành chế tạo không quá 5 triệu/ máy; 7) Các bộ phận không rỉ; dễ lau rửa; 8) Dễ chế tạo, lắp ráp và vận hành; 9) Dễ dàng sửa chữa khi cần. Căn cứ các yêu cầu kỹ thuật nêu trên, đề tài tập trung giải quyết vấn đề kỹ thuật cơ bản nhất là bộ phận chia tách các viên phân. Việc thử nghiệm trước hết được thực hiện cho máy đẩy tay; sau đó lắp đặt thử nghiệm cho máy chạy động cơ. 2.3. Đặc điểm của phân viên nén Phân viên nén hiện nay đang sử dụng phổ biến ở Việt Nam được sản xuất trên dây chuyền máy ép phân dạng quả lô. Máy có nguồn gốc từ mẫu máy của Tổ chức phân bón quốc tế IFDC được sản xuất tại Bangladesh. Thực hiện: Hoàng Mạnh Cường 10 Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Hình 2.2. Một số hình dạng viên phân bón nén Khảo sát viên phân nén FDP đang sử dụng ở Việt Nam phổ biến hiện nay thường có dạng “quả bàng” với kích thước như sau: đường kính lớn nhất 20±1mm, độ dày 15±1mm. Sở dĩ viên phân có dạng quả bàng là do tính thuận tiện của hình dạng này cho kết cấu khuôn ép viên. Các kích thước sai số nhiều do tư duy chỉ cần vê tròn tương đối phân để dúi xuống ruộng là được. Do hình dáng hình học đặc biệt này của viên phân nén nên ảnh hưởng rất lớn đến hoạt động cũng như kết cấu của mà máy bón phân viên nén, đặc biệt là hai bộ phận chính: cơ cấu cấp phân và cơ cấu “dúi phân”. Nhiều máy thử nghiệm vấp phải vấn đề tách đều từng viên ra khỏi đống và kẹt phân khi vận hành nên đã có một số đề xuất là phải sản xuất riêng loại viên nén dùng cho máy bón phân. Đề tài này tiếp cận theo hướng: Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm cơ cấu tách và dẫn viên phân nén hiện có đạt yêu cầu tách đều và không kẹt; nhằm sử dụng được nhiều loại viên phân nén khác nhau đang có trên thị trường. Trước hết, một số đặc điểm của viên phân nén thực tế đang có trên thị trường được xác định và dùng làm cơ sở cho các thiết kế máy. Đặc điểm về hình học, vật liệu của viên phân nén sẽ quyết định nguyên lý hoạt động cũng như kết cấu của cơ cấu cấp phân. Các thông số cơ bản của viên phân nén cần xác định là: Hình dáng hình học, góc tự chảy và hệ số ma sát của viên phân với vật liệu thùng chứa. - Hình dáng hình học - Góc tự chảy: khi các viên phân nén được đổ lên một tấm phẳng qua một phễu bằng nhựa, quá trình đổ từ từ cho đến khi tạo thành hình nón. Góc tự chảy  là góc đổ tự nhiên của viên phân nén FDP. Công thức xác định góc tự chảy có thể viết: Thực hiện: Hoàng Mạnh Cường 11 Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí   arctan Trong đó: 2h d (2.1) h là chiều cao từ tấm phẳng đến đỉnh nón (mm) d là đường kính chân nón (mm). Góc tự chảy của viên phân nén là một thông số rất quan trọng khi thiết kế bộ phận chứa viên phân, nhằm đảm bảo khả năng các viên phân luôn chảy liên tục vào cơ cấu cấp phân. Để xác định góc tự chảy của các viên phân thông dụng hiện thời, tiến hành thí nghiệm đổ từ từ các viên phân thành đống có kích thước đường kính và chiều cao đống khác nhau. Tiến hành đo các kích thước và thống kê các kết quả như minh họa trong bảng 2.1. Bảng 2.1. Xác định góc tự chảy của viên phân nén Lần thí nghiệm 1 Chiều cao h (cm) Đường kính d (cm) Góc  (độ) 10.5 44.7 25.2 2 9 36.8 26.1 3 7.8 34.8 24.1 4 10.1 41.5 26.0 5 7.5 31.2 25.7 Trung bình 25.4 - Hệ số ma sát: Hệ số ma sát giữa viên phân nén với vật liệu thùng chứa và ống dẫn của máy cần được xác định thực nghiệm nhằm xét đến cả hình dạng, nhẵn bề mặt và độ ẩm thông thường của các viên phân. Giả thiết là các viên phân được bảo quản trong bao gói của nhà sản xuất. Các thí nghiệm được tiến hành trong điều kiện thông thường về độ ẩm. Sơ đồ thí nghiệm được minh họa trên hình 2.7. Góc ma sát được thực hiện bằng cách nâng dần tấm trượt cho đến khi viên phân nén bắt đầu chuyển động đi xuống thì dừng lại. Giá trị góc nghiêng của tấm trượt được xác định nhờ thước chia độ gắn ngay trên giá. Gọi góc nghiêng này là , hệ số ma sát có thể tính theo công thức sau: Thực hiện: Hoàng Mạnh Cường 12 Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí f  tan  (2.2) Các thí nghiệm được tiến hành với hai loại vật liệu dự định sẽ dùng chế tạo máy bón phân là thép và mica. Số liệu thống kê các thí nghiệm xác định hệ số ma sát giữa viên phân nén và tấm thép được trình bày trong bảng 2.2; ma sát giữa viên phân và tấm mica được trình bày trong bảng 2.3. Bảng 2.2. Kết quả thí nghiệm xác định hệ số ma sát giữa viên phân nén và thép Thí Alpha (độ) nghiệm 1 29,7 2 28,9 3 29,9 4 29,9 5 28,7 6 31,2 7 28,5 8 31,3 9 30,0 f  tan 0,569 0,552 0,574 0,574 0,547 0,605 0,542 0,608 0,577 Thí Alpha (độ) nghiệm 10 30,0 11 30,6 12 30,1 13 29,3 14 29,1 15 29,9 16 31,8 17 31,8 18 31,3 f  tan 0,577 0,591 0,581 0,561 0,556 0,574 0,620 0,620 0,609 Hệ số ma sát giữa viên phân nén và thép được lấy trung bình f = 0,58 để phục vụ các bước tính toán, thử nghiệm sau này. Bảng 2.3. Kết quả thí nghiệm xác định hệ số ma sát giữa viên phân nén và tấm mica Thí nghiệm Alpha (độ) f  tan Thí nghiệm Alpha (độ) f  tan 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 28,6 29,8 29,8 28,6 30,0 30,0 30,0 28,6 29,8 28,6 0,546 0,572 0,572 0,546 0,577 0,577 0,577 0,546 0,572 0,546 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 28,6 28,6 29,8 29,1 30,0 29,8 29,1 28,9 28,6 28,6 0,546 0,546 0,572 0,556 0,577 0,572 0,556 0,551 0,546 0,546 Thực hiện: Hoàng Mạnh Cường 13 Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Hệ số ma sát giữa viên phân nén và thép được lấy trung bình f = 0,56 để phục vụ các bước tính toán, thử nghiệm sau này. 2.4. Thử nghiệm một số kết cấu tách và cấp phân viên nén Nguyên lý hoạt động chung của máy bón phân viên nén là tách các viên phân từ thùng chứa phân ra từng viên và lần lượt cấp cho bộ phận bón phân. Cơ cấu tách và cấp phân phải thực hiện tốt các chức năng sau: - Tách rời từng viên phân ra khỏi thùng chứa một cách đều đặn và liên tục; - Vận chuyển từng viên phân để cấp sang cho bộ phận bón phân. Dưới đây sẽ khảo sát một số cơ cấu khả dĩ đáp ứng các yêu cầu chức năng trên. Để đánh giá hiệu quả vận hành của từng cơ cấu, mỗi dạng cơ cấu đều được nhóm tác giả chế tạo một mô hình thực để thử nghiệm. Các nội dung trình bày đều bao gồm nguyên tắc hoạt động của cơ cấu – được tham khảo từ các tài liệu và phần đánh giá thử nghiệm có được từ cơ cấu thử nghiệm tự chế tạo. Các kiểu kết cấu tách và cấp phân được khảo sát bao gồm: cơ cấu cấp phân dạng đĩa, cơ cấu cấp phân dạng thìa múc, cơ cấu cấp phân dạng cam, cơ cấu cấp phân dạng vít me, cơ cấu cấp dạng băng tải, cơ cấu cấp phân dạng piston.  Cơ cấu cấp phân dạng đĩa Nguyên lý hoạt động Nguyên lý hoạt động của cơ cấu cấp phân dạng đĩa được trình bày trên hình 2.8. Hình 2.8. Cơ cấu cấp phân dạng đĩa 1- thùng chứa phân, 2- chổi quét, 3- đĩa cấp phân, 4- ống dẫn Thực hiện: Hoàng Mạnh Cường 14 Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Với cơ cấu cấp phân dạng này, viên phân nén sẽ từ thùng chứa 1 sẽ rơi vào đĩa cấp phân 2 nhờ trọng lượng của viên phân nén. Trong quá trình làm việc viên phân nén sẽ rơi vào trong rãnh của đĩa cấp cho đến khi đĩa cấp quay đến cửa ra ở vị trí ống dẫn và rơi xuống ống dẫn. Chổi quét 3 có tác dụng ngăn không cho phân bị kẹt giữa thùng chứa 1 và đĩa cấp 2, đồng thời làm sạch vụn bám trên mặt đĩa cấp 2.  Đánh giá Hình 2.8 minh họa 2 dạng đĩa đã được chế tạo và thực nghiệm đánh giá chức năng. Hình 2.8a là đĩa chế tạo theo đúng kết cấu gốc; hình b là đĩa được cải tiến để tăng khả năng lấy phân và giảm kẹt cho viên phân, hình 2.8c minh họa thực nghiệm kiểm tra khả năng chống kẹt viên phân nén. a B c Hình 2.9. Thực nghiệm các dạng đĩa cấp phân Ưu điểm của kết cấu này là việc chế tạo đĩa khá đơn giản; rất phù hợp cho sản xuất loạt cũng như bảo trì, bảo dưỡng máy sau này. Tuy nhiên, kết quả thử nghiệm cho thấy cơ cấu cấp phân dạng đĩa này làm việc kém hiệu quả. Thứ nhất, do viên phân nén có hiện tượng “tranh chấp” nhau để rơi vào rãnh của đĩa cấp phân, dẫn đến viên phân nén dễ bị vỡ, kẹt. Thứ hai, do viên phân dạng “quả bàng” nên gây ra hiện tượng tạo vòm trong thùng chứa 1. Nếu có thể tách phân sơ bộ thành dòng liên tục như hình 2.8c sẽ hiệu quả hơn. Ý tưởng này được triển khai cho sơ đồ cơ cấu kết hợp, sẽ được trình bày trong phần sau. Mặt khác, khi tốc độ quay của đĩa và gia tốc của đĩa lớn sẽ có hiện tượng viên phân nén không kịp rơi vào rãnh của đĩa cấp 2. Cơ cấu này chỉ phù hợp nếu các viên phân có dạng cầu và kích thước ít sai lệch. Thực hiện: Hoàng Mạnh Cường 15 Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí  Cơ cấu cấp phân dạng cam đẩy: Nguyên lý hoạt động Nguyên lý hoạt động của cơ cấu cấp phân dạng cam đẩy được minh họa trên hình 2.10. Hình 2.10. Nguyên lý cơ cấu cấp phân dạng cam đẩy 1 - thùng chứa phân, 2 - ống dẫn, 3 - cần đẩy, 4 – Cam Trên hình 2.10, cơ cấu cấp phân viên nén kiểu Cam đẩy có kết cấu rất đơn giản gồm có: thùng chứa viên phân nén 1, cần đẩy 3 và cơ cấu cam 4. Cần đẩy 3 vừa có tác dụng tách từng viên phân đưa sang bộ phận dẫn viên, vừa bẻ gãy các liên kết giữa các viên phân, vì vậy khắc phục được hiện tượng tạo vòm của viên phân nén trong thùng chứa. Để kiểm nghiệm khả năng khai thác cơ cấu này, nhóm nghiên cứu đã chế tạo và vận hành thử nghiệm kết cấu như minh họa trên hình 2.11. Thực hiện: Hoàng Mạnh Cường 16 Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Hình 2.11. Mô hình thực nghiệm cơ cấu cấp phân dạng cam đẩy Thực nghiệm cho thấy, viên phân được lấy ra từng viên rất dễ dàng. Thống kê cho thấy tỷ lệ “nhặt được” viên phân ra khỏi buồng chứa rất cao, đạt trên 96%. Giả sử máy được di chuyển với tốc độ của người đi bộ (4 km/h, tương đương 66 m/ph), với khoảng cách rải phân 20 cm, thì mỗi phút cam cần quay được 330 vòng. Để thực hiện điều này, cam phải quay rất nhanh; đồng thời cần bộ truyền có tỷ số truyền lớn (để tăng tốc từ trục chính đến trục cam), làm tăng tính phức tạp của máy, dẫn đến khối lượng và giá thành máy cao. Ngoài ra, khi vận tốc và gia tốc cam lớn gây ra hiện tượng rung động mạnh dẫn đến viên phân bị rơi khỏi cần đẩy, dẫn đến hiện tượng thiếu viên cấp cho cơ cấu bón, gây hiện tượng bỏ sót viên khi bón.  Cơ cấu cấp phân dạng thìa múc Nguyên lý hoạt động: Nguyên lý hoạt động của cơ cấu cấp phân dạng thìa múc được minh họa trên hình 2.12. (a) (b) Hình 2.12. (a) Nguyên lý cơ cấu cấp phân dạng thìa múc; 1 - thùng chứa phân, 2 – tấm ngăn, 3 - đĩa cấp gắn thìa (b) Đĩa gắn thìa múc; Thực hiện: Hoàng Mạnh Cường 17 Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Trên hình 2.12, đĩa số 3 có gắn các thìa múc có lòng trũng vừa đủ để chứa chỉ 1 viên phân nén. Các viên nén được chứa trong thùng chứa 1 được dẫn hướng để chảy dần vào vị trí có thìa múc - máng dẫn có phương tiếp tuyến với đĩa chứa thìa múc. Đĩa số 3 quay (ngược chiều kim đồng hồ trên hình 2.12) sẽ lần lượt giúp từng thìa “nhặt” viên phân, kéo và thả viên đó sang bộ phận dẫn đến cơ cấu bón phân. Cơ cấu cấp phân dạng thìa múc đã được sử dụng trên máy thử nghiệm của Banladesh và nhóm nghiên cứu của Đại học Oxford [9,19].  Đánh giá Hình 2.13 minh họa ảnh chụp cơ cấu thìa múc đã được chế tạo và thực nghiệm đánh giá hiệu quả vận hành của cơ cấu này. Hình 2.13. Thiết bị và thực nghiệm đánh giá cơ cấu thìa múc Thực nghiệm cho thấy, khả năng vận hành của các thìa múc khá ổn định; tỷ lệ bỏ sót viên khoảng 1- 2 viên trên 4-5 vòng quay của đĩa (tương tứng với tỷ lệ bỏ sót khoảng 2/32  6%) với các viên phân khô (vừa lấy ra khỏi túi kín). Tuy nhiên, khi viên phân bị ẩm cao, tỷ lệ bỏ sót và kẹt phân xảy ra rất mạnh. Thêm nữa, cơ cấu này rất khó chế tạo đĩa gắn các thìa múc ở dạng đơn chiếc. Đĩa và thìa múc làm bằng kim loại (ghép bằng hàn) cho độ chính xác thấp, nhanh rỉ. Nếu làm bằng nhựa như máy của Banladesh và Oxford sẽ có giá thành rẻ, nhưng cần sản xuất loạt rất lớn do chi phí khuôn mẫu cao.  Cơ cấu cấp phân dạng gầu tải Nguyên lý hoạt động: Nguyên lý hoạt động của cơ cấu cấp phân dạng gầu tải được minh họa trên hình 2.13. Thực hiện: Hoàng Mạnh Cường 18 Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí c a b Hình 2.14. Cơ cấu cấp phân dạng gầu tải 1 – Ru lô chủ động, 2 – băng hoặc xích, 3 – gầu tải, 4 – Rulô bị động Kiểu kết cấu này được tham khảo từ các máy trồng khoai tây của nước ngoài. Mỗi gầu múc thực ra là một vòng kim loại hoặc một thìa múc có hình dạng phù hợp, được gắn trên dây băng tải hoặc xích tải. Mỗi gầu múc được thiết kế chỉ vừa đủ múc được một đối tượng ra khỏi bể chứa. Hệ thống có thể bố trí theo phương thẳng đứng, xiên hoặc nằm ngang.  Đánh giá Hình 2.15 minh họa ảnh chụp cơ cấu cấp phân dùng gầu tải gắn trên xích đã được chế tạo và thực nghiệm. Cơ cấu tương tự nhưng sử dụng băng tải cũng được chế tạo và thử nghiệm. Hình 2.16 minh họa cơ cấu này. Thực hiện: Hoàng Mạnh Cường 19
- Xem thêm -