Nghiên cứu thiết kế hoàn thiện máy ép viên phân

Luận văn, thạc sĩ, tiến sĩ, khóa luận, cao học, đề tài

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-

NGUYỄN QUANG QUỲNH

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HOÀN THIỆN

MÁY ÉP VIÊN PHÂN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy va thiết bị cơ giới nông lâm nghiệp

Mã số : 60.52.14

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS ðỖ HỮU QUYẾT

HÀ NỘI – 2010

Tr ường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật i

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong bản luận văn này là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công tình khoa học nào trước đó

Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong bản luận văn của tôi

đều được chỉ rõ nguồn gốc

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ii

LỜI CẢM ƠN

Qua hai năm học 2008 -2010, học tập nghiên cứu tại Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội, tôi ñã tiếp thu ñược rất nhiều những kiến thức về khoa học qua sự truyền ñạt, hướng dẫn, giúp ñỡ của quý thầy, cô giáo ðến thời ñiểm này tôi ñã gần kết thúc khóa học, ñã thực hiện hoàn thành ñề tài tốt nghiệp

ðể có kết quả này, tôi xin trân trọng cảm ơn quý thầy, cô giáo cùng toàn thể cán bộ, công nhân viên Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã giảng dạy, quản lý và quan tâm giúp ñỡ tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu tại Trường: Xin trân trọng cảm ơn thầy giáo: PGS.TS ðỗ Hữu Quyết; người ñã tận tình hướng dẫn, giúp ñỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Xin trân trọng cảm ơn tập thể thầy, cô giáo khoa Cơ ñiện Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã ñóng góp ý kiến và giúp ñỡ tôi hoàn thành luận văn này

Xin trân trọng cảm ơn những người thân trong gia ñình; tập thể cán bộ, công nhân viên Trường Cao ñẳng nghề Việt Nam - Hàn Quốc, nơi tôi ñang công tác cùng toàn thể bạn bè, ñồng nghiệp ñã tạo ñiều kiện thuận lợi ñể tôi hoàn thành nhiệm vụ của toàn khoá học

Mặc dù ñã rất cố gắng , nhưng do khó khăn về tài liệu, thời gian nghiên cứu và khả năng hạn chế của bản thân cho nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận ñược các ñóng góp ý kiến từ các Thầy giáo,

Cô giáo và các bạn ñồng nghiệp ñể vấn ñề tôi nghiên cứu trong luận văn này ñược sáng tỏ và hoàn thiện hơn

Tác giả

Nguyễn Quang Quỳnh

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật iii

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài 3

2.1 Tình hình sử dụng phân bón trong sản suất nông nghiệp ở Việt Nam 52.2 Tình hình nghiên cứu cơ giới hóa khâu bón phân viên nén 92.3 Tình hình nghiên cứu máy ép viên 16

3 ðỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26

3.3 Phương pháp nghiên cứu 27

4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HOÀN THIỆN MÁY ÉP VIÊN PHÂN 344.1 Một số thông số cơ bản của viên phân nén 344.1.1 Các thông số nguyên liệu của phân 344.1.2 Hình dạng hợp lý và các thông số cơ bản của viên phân 354.1.3 Quan hệ giữa hệ số nén của viên phân và lực nén 364.2 Các giải pháp khắc phục cho máy ép viên phân 374.2.1 Hạn chế ăn mòn hoá học 37

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật iv

4.2.2 Hạn chế mài mòn cơ học 384.2.3 Tăng năng suất của máy 414.3 Tính toán xác ñịnh một thông số của bộ phận chính theo

4.3.1 Xây dựng biểu ñồ chu kỳ của máy 424.3.2 Xác ñịnh ñường kính bánh ép 564.3.3 Xác ñịnh ñường kính trống số chày ép và năng suất máy 60

4.3.5 Hành trình chính xác của chày ép 644.3.6 Xác ñịnh công suất cần thiết của máy 65

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật v

Danh môc b¶ng

2.1 Tình hình sử dụng phân bón hoá học ở Việt Nam từ 1990 – 2003 54.1 Một số thông số của các nguyên liệu ñưa vào máy ép 344.2 Một số thông số của viên phân mới (ép bằng dụng cụ thủ công) 354.3 Kết quả theo dõi hiện tượng ăn mòn hoá học với các vật liệu 384-4 Quan hệ giữa ñường kính trống, chiều dài cung nạp liệu với vận

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật vi

Danh môc h×nh

2-1 Máy dúi phân kiểu ñĩa có trục nằm ngang: 102-2 Máy dúi phân viên kiểu dúi trực tiếp 112-3 Sơ ñồ máy bón phân dúi sâu kiểu thìa múc 132-4 Sơ ñồ nguyên lý ép kiểu vít 162-5 Sơ ñồ nguyên lý ép lô trong 172-6 Sơ ñồ nguyên lý và cấu tạo của máy ép lô ép ngoài 182-7 Viên phân ‘quả bàng’ ñược ép trên các máy ép dạng quả lô 202-8 Máy ép viên phân chạy bằng ñộng cơ ñiện 212.-9 Máy ép viên phân do Việt Nam chế tạo theo mẫu nước ngoài 212-10 Một số mẫu máy ép viên thuốc của Trung Quốc 222-11 Máy ép viên do Viện Phát triển Công nghệ Cơ ðiện thiết kế 232-12 Sơ ñồ nguyên lý (a) và sơ ñồ cấu tạo (b) của máy ép viên kiểu

3-1 Dụng cụ ño ma sát nguyên liệu trên nhựa và trên thép 273-2 Xác ñịnh thời gian nạp liệu 283-3 Dụng cụ xác ñịnh thời gian nạp liệu 293-4 Sơ ñồ ño góc tự chảy của nguyên liệu 303-5 Dụng cụ ép viên phân mới 314-1 Hình dáng viên phân gần cầu 354-2 ðồ thị quan hệ giữa lực nén và hệ số nén khi ép viên 364-3 Vị trí mòn của cam cũ tại cung ép 394-4 Lắp con lăn ñầu chày ép 404-5 Sử dụng bánh ép tại cung ép 404-6 Hành trình khai triển của các chày ép (máy cũ) 424-7 Hành trình khai triển sơ bộ của các chày ép trên máy mới 43

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật vii

4-8 Kích thước chiều cao trống ép của máy cũ (a) và máy thiết kế lại (b) 454-9 Sơ ñồ bố trí ống dẫn phân 464-10 Sơ ñồ xác ñịnh hành trình lý thuyết của các chày theo phương

4-11 Hành trình thiết kế của các chày 474-12 Hành trình theo chiều cao của các chày ép 484-13 Sơ ñồ xác ñịnh góc nâng giới hạn của cam 514-14 Sơ ñồ xác ñịnh bán kính nhỏ nhất của bánh ép 534-15 Xác ñịnh các kích thước trên phần mềm Inventor 544-16 Sơ ñồ xác ñịnh lực tác dụng lên chày ép 574-17 ðồ thị biến thiên của Pt theo góc α 584-18 Xác ñịnh góc áp lực và chiều dài cung khi chiều cao nâng hạ 16mm 604-19 Sơ ñồ xác ñịnh số cối trên vành trống 634-20 Sơ ñồ xác ñịnh bề rộng bánh ép 644-21 Biểu ñồ hành trình chính xác của các chày 654-22 Thử nghiệm máy ép bằng bánh ép 66

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 1

1 MỞ ðẦU

1.1 Tính cấp thiết của ñề tài

Công nghiệp hoá, hiện ñại hoá nông nghiệp - nông thôn là một chủ trương lớn của ðảng và Nhà nước ta trong thời ñiểm hiện nay Thực tế trong những năm qua năng suất và sản lượng lương thực của nước ta ngày càng tăng, ñã trở thành một trong những nước xuất khẩu gạo ñứng thứ 2 trên thế giới Có ñược ñiều này nhờ áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật trong nông nghiệp

Bón phân là một trong những biện pháp kỹ thuật ñược thực hiện phổ biến mang lại hiệu quả cao, ñảm bảo năng suất - chất lượng cho cây trồng, nhưng cũng chiếm phần khá cao trong chi phí sản xuất nông nghiệp

Qua các kết quả nghiên cứu thì những biện pháp sử dụng phân bón và cách bón phân truyền thống ñem lại hiệu quả không cao, hiệu suất sử dụng phân thấp là do việc mất ñạm qua các con ñường: bốc hơi, rửa trôi theo dòng nước, sự tranh chấp dinh dưỡng của cỏ dại mọc trên lớp ñất mặt

ðể hạn chế việc mất ñạm, nâng cao hiệu quả bón phân cho cây trồng, rất cần thiết phải bón phân một cách hợp lý: bón ñúng loại phân, bón ñúng lượng phân, bón ñúng lúc, ñúng ñối tượng, ñúng cách và cân ñối mới nhằm khắc phục sự lãng phí như hiện nay ñồng thời ñảm bảo tăng năng suất, chất lượng cây trồng với hiệu quả kinh tế cao, hạn chế tối ña các hậu quả tiêu cực cho nông sản và môi trường sinh thái Bón phân sâu theo ñiểm ở dạng viên là một phương pháp bón phân mới, có thể ñáp ứng các yêu cầu trên

Với lúa, khi bón phân viên nén năng suất tăng 10% - 20%, tiết kiệm từ 30% - 35%, giảm khoảng 30% lượng giống gieo so với cách bón vãi thông thường[ ]2

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 2

ðến năm 2008 ñã ñược áp dụng trên 17 tỉnh trong nước bao gồm Lào Cai, Hà Tây, Hà Giang, Thanh Hoá, Nghệ An, Quảng Trị, Thừa Thiên Huế, Quảng Nam, v.v …, với diện tích khoảng 6000 ÷ 7000ha mỗi vụ tiết kiệm khoảng 10 tỷ ñồng Chính vì có nhiều ưu ñiểm nổi bật so với phương pháp bón phân vãi truyền thống nên biện pháp bón phân viên nén dúi sâu ñã ñược

Bộ NN và PTNT công nhận là tiến bộ kỹ thuật và khuyến khích áp dụng rộng rãi trong sản suất[ ]1

ðể sản xuất viên phân nén, ñến nay thường sử dụng máy ép viên dạng quả lô, trục nằm ngang, tạo ra viên phân có dạng hai ñới cầu úp ngược vào nhau như hình quả bàng Các máy ép viên phân nén của Tổ chức phát triển phân bón quốc tế (IFDC), Viện khoa học Nông nghiệp Fujian (Trung Quốc), Trung tâm phát triển Công nghiệp kim loại (MIDC- Indonexia), Công ty IFFCO của Ấn ðộ ñều hoạt ñộng theo nguyên lý trên với nhiều mức năng suất máy và kích cỡ phân viên khác nhau[ ]2 Tại Việt Nam ñã có một số cơ sở sản xuất máy ép phân viên theo nguyên lý trên (Xưởng Cơ khí Thuận Phát Thừa Thiên Huế, Xưởng cơ khí Thành Hưng Thành phố Thanh Hóa) Các máy nói trên ñã góp phần nhất ñịnh trong việc ñẩy mạnh mức ñộ ứng dụng phương pháp bón phân viên nén trong sản xuất Tuy nhiên các viên phân dạng quả bàng này chỉ có thể dùng trong bón phân thủ công mà khó cơ giới hoá ñược khâu bón vì dạng viên này không ñược tròn khi sử dụng máy hay bị kẹt tại lỗ thoát của lô máy bón phân

Viện Phát triển Công nghệ Cơ ðiện - ðHNN Hà Nội ñã ñề xuất giải pháp cho khâu cơ giới hóa bón phân viên nén dúi sâu là thiết kế chế tạo máy

ép viên phân thế hệ mới và cải tiến máy bón phân ñể khai thác tối ña các lợi thế của viên phân mới hình dạng là hình gần cầu Kết quả thử nghiệm các máy

ép viên phân nén và các mẫu máy bón phân viên nén do Viện chế tạo ñã khắng ñịnh giải pháp ñã ñề xuất là hợp lý

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 3

Máy ép viên phân ñã chế tạo, ñã tạo ra ñược viên phân ñạt yêu cầu nông học Nguyên lý làm việc của máy kiểu chày cối ép là phù hợp ñể tạo ra viên phân nén có hình dạng yêu cầu (gần như hình cầu) Tuy nhiên, nghiên cứu trên chỉ mới ñưa ra nguyên lý hoạt ñộng và mẫu máy chế tạo thử, chưa hoàn chỉnh thiết kế ñể có thể chuyển giao công nghệ, cần nghiên cứu thiết kế hoàn thiện mẫu máy nói trên Mặt khác qua thử nghiệm máy trong ñiều kiện sản xuất, máy ñã bộc lộ một số nhược ñiểm: Bộ chày cối bị ăn mòn hoá học

do thường xuyên tiếp xúc với phân bón; ñầu chày và mặt cam ép bị mài mòn

cơ học do lực ép lớn, dạng ma sát là ma sát trượt và bôi trơn khó khăn Từ ñó chúng ta phải lựa chọn các giải pháp khắc phục nhược ñiểm của máy Ngoài

ra cũng cần nghiên cứu khả năng tăng năng suất của máy ñể ñáp ứng yêu cầu cho các trang trại, hợp tác xã xản xuất nông nghiệp Xuất phát từ thực tế trên ñược sự hướng dẫn của PGS.TS ðỗ Hữu Quyết và các thầy cô giáo trong

khoa Cơ ðiện tác giả tiến hành thực hiện ñề tài: “Nghiên cứu hoàn thiện

thiết kế máy ép viên phân”

1.2 Mục tiêu

- Phát hiện các nhược ñiểm của máy ñã thiết kế

- Phân tích, lựa chọn giải pháp khắc phục

- Tính toán xác ñịnh các thông số cơ bản của máy

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài

Nhu cầu về máy ép viên phân NPK nén hiện nay trong nước là rất lớn, nhất là tại các tỉnh ñã ứng dụng biện pháp bón phân nén dúi sâu

Thiết kế hoàn thiện máy ép viên phân là nhằm: Cải thiện tình trạng làm việc của máy ép kiểu chày cối, ép bằng cam; làm tăng ñộ tin cậy và tuổi thọ cho máy, ñáp ứng nhu cầu về máy ép cho sản xuất phân bón dạng viên hiện

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 4

nay, ñặc biệt là loại máy sản xuất phân viên dạng hình gần cầu thì trên thị trường hiện nay chưa có ðây là loại phân viên có nhiều ưu ñiểm: viên phân

di chuyển linh ñộng trong hệ ống dẫn không bị kẹt, tắc; không bị tạo vòm trong thùng chứa phân; dễ cơ giới hóa khâu bón phân nên làm giảm ñược sức lao ñộng cho nông dân, từ ñó việc ứng dụng tiến bộ kỹ thuật về bón phân viên nén ñuợc phổ biến rộng rãi hơn Làm cho nền nông nghiệp nước ta phát triển bền vững và ñạt hiệu quả kinh tế cao hơn

Do vậy, việc thiết kế, hoàn thiện máy ép phân viên có dạng hình gần cầu là cần thiết, phù hợp với thực tế sản xuất

1.4 Bố cục của luận văn

1 Mở ñầu

2 Tổng quan nghiên cứu

3 ðối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

4 Tính toán thiết kế hoàn thiện máy ép viên phân

5 Kết luận và kiến nghị

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 5

2 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

2.1 Tình hình sử dụng phân bón trong sản suất nông nghiệp ở Việt Nam

Tr ường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 6

Vào ựầu những năm 1980 nông dân ta mới chỉ bón bình quân cho một

ha gieo trồng là 24 kg N.P2O5.K2O Bước sang thời kỳ ựổi mới, từ những năm 1990 ựến nay nông dân Việt Nam ựã có những thay ựổi lớn về việc sử dụng phân bón, cả về khối kượng và tỷ lệ giữa 3 nguyên tố dinh dưỡng N.P2O5.K2O (hay viết tắt là NPK)

đầu những năm 1990 tỉ lệ N: P2O5:K2O của nông dân ta bón là 1: 0,21ọ 0,34: 0,05ọ 0,09 thì ựến năm 2000 tỉ lệ ựó ựã ựược nâng lên là 1: 0,37: 0,31 và tỷ lệ ựó ựã ựược giữ ựến những năm sau

Trong khi ựó trên pham vi toàn thế giới (FAO, Fertilizer year book Vol

52 2002) niên vụ 2000 - 2001 là 1: 0,40: 0,28

Các số liệu tương ứng ở các nước phát triển là: 1: 0,39: 0,37; ở các nước ựang phát triển là: 1: 0,41: 0,23; các nước đông Á, đông Nam Á và Trung Quốc là: 1: 0,38: 0,22; các nước Châu Á là: 1: 0,38: 0,18

Theo thông tin tình hình sản xuất và tiêu thụ phân bón hàng năm của FAO ựã xếp Việt Nam vào danh sách 20 nước bón nhiều phân trên một ựơn

vị diện tắch ựất canh tác trên thế giới, Việt Nam chỉ còn ựứng sau các nước: Ireland (546 kg/ha), Hà Lan (436 kg/ha), Ai Cập (392 kg/ha), Hàn Quốc (379 kg/ha), Anh (335 kg/ha), Bỉ và Luxembourg (334 kg/ha), Nhật (282 kg/ha), New Zealand (264 kg/ha) Cũng theo số liệu của tổ chức này ựưa ra thì Việt Nam bón 273 kg/ha, theo ựó nước ta còn bón nhiều hơn cả Trung Quốc (228 kg/ha), đức và Na Uy (217 kg/ha) và Pháp (213 kg/ha)

Việc bón phân cho nông nghiệp quá nhiều với hiệu quả thấp dẫn ựến tăng chi phắ sản xuất, gây ô nhiễm môi trường Vì vậy xu hướng của các nhà nông học là tìm kiếm các phương pháp bón phân có hiệu quả cao để nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón, cần xem xét nhu cầu của cây về lượng, khả năng cung cấp dinh dưỡng của từng loại ựất, các con ựường gây hao tổn, mất

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 7

mát phân bón Trên cơ sở ñó ñề ra các biện pháp nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón

2.2.2 Phương pháp bón phân [2]

Lượng phân bón tiêu thụ hàng năm ở nước ta chủ yếu ñược sử dụng cho

cây lúa, rau mầu, cây công nghiệp dài ngày và cây ăn quả ðể bón phân cho cây trồng, từ trước ñến nay nông dân ta ñã sử dụng phương pháp bón phân cơ bản sau:

- Bón phân vãi trên mặt ruộng

- Bón phân qua lá

- Bón phân dúi sâu dạng viên

Bón vãi là phương pháp bón truyền thống Theo phương pháp này, phân ñược vãi toàn bề mặt hoặc rắc hạn chế trên mặt ruộng Ưu ñiểm của phương pháp này là dễ sử dụng, không cần huy ñộng vốn cùng một lúc ñể mua phân bón Nhược ñiểm lớn nhất của phương pháp này là phân bị bốc hơi, bị rửa trôi, bị ngấm xuống sâu, bị cỏ dại “ăn”, v.v…nên lãng phí phân và gây ô nhiễm môi trường Ngoài ra theo phương pháp bón này phải bón nhiều lần và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thời tiết, chế ñộ tưới tiêu

Bón phân qua lá chủ yếu dùng cho bón thúc Ưu ñiểm của phương pháp này là tác ñộng nhanh, kịp thới cung cấp dinh dưỡng cho cây Nhược ñiểm là phụ thuộc thời tiết

Bón phân dúi sâu dạng viên là phương pháp dùng hỗn hợp phân, ñược

ép thành viên nén ñem bón sâu trong ñất với một khoảng nhất ñịnh ðộ sâu này tùy thuộc vào loại cây trồng như Lúa khoảng 6-8mm, Ngô khoảng 7- 10mm Ưu ñiểm của phương pháp này:

- Chỉ bón dúi 1 lần cho cả vụ, chủ ñộng trong sản xuất, không phù thuộc vào thời tiết

Tr ường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 8

- Làm giảm và hạn chế cỏ dại, sâu bệnh, tiết kiệm, giảm tác hại ựối với môi trường; giúp tăng năng suất lúa từ 10-20%, tiết kiệm 30-35% lượng phân bón so với cách bón phân vãi.[2]

Nhược ựiểm: Tuy có tăng chi phắ cho việc ép viên và công bón phân, nhưng hiệu quả nó mang lại lớn hơn các chi phắ tăng thêm

Trên thế giới phương pháp bón phân viên nén dúi sâu ở dạng viên ựược ghi nhận là một phương pháp bón phân hợp lý mang lại hiệu quả sử dụng phân bón cao, giảm thiểu tác hại ựến môi trường và ựã ựược nghiên cứu và áp dụng từ những năm 1930

Phương pháp này ựã ựược nhiều tổ chức quốc tế ựề nghị áp dụng trên diện rộng ở các trồng lúa Nhiều nước ở Nam Á và đông Nam châu Á ựã chấp nhận và sử dụng phương pháp này ở các mức ựộ khác nhau Những nước áp dụng phổ biến phương pháp này là Bangladesh, Ấn độ, Trung Quốc, Indonexia, Việt Nam

Từ những năm 1970, Việt Nam cũng ựã áp dụng phương pháp này ựể bón cho lúa nhưng chưa ựược áp dụng phổ biến vì tốn nhiều lao ựộng thủ công, hiệu quả không cao

Trong những năm gần ựây ựược sự hộ trợ tắch cực của các tổ chức quốc

tế ựặc biệt là Tổ chức phát triển phân bón quốc tế (IFDC), Tổ chức phát triển quốc tế (IDE) thì phương pháp bón phân viên nén dúi sâu ựược áp dụng rộng rãi Tắnh ựến năm 2009 phương pháp bón phân sâu theo ựiểm ở dạng viên ựã ựược áp dụng trên 18 tỉnh thành trong cả nước bao gồm Quảng Nam, Thừa Thiên Huế, Quảng Trị, Quảng Bình, Nghệ An, Thanh Hóa, Ninh Bình, Hưng Yên, Hà Nội, Lào Cai, Yên Bái, Lai Châu, Sơn La, điện Biên, Cao Bằng, Hà Giang, Bắc Ninh, Bắc Giangv.v Ầ, với diện tắch khoảng 8000ọ10000ha mỗi

vụ tiết kiệm khoảng 10 tỷ ựồng Chắnh vì có nhiều ưu ựiểm nổi bật so với

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 9

phươmg pháp bón phân vãi truyền thống nên biện pháp bón phân viên nén dúi sâu ñã ñược Bộ NN và PTNT công nhận là tiến bộ kỹ thuật và khuyến khích

áp dụng rộng rãi trong sản suất[ ]1

Theo các kết quả nghiên cứu của Bộ môn Thủy nông – Canh tác Trường ðại học Nông nghiệp I, bón phân viên nén dúi sâu cho Cói, Ngô tại Sơn La - Cao Bằng và Lúa ñã ñược áp dụng thành công tại nhiều ñịa phương trong cả nước ñã ñem lại hiệu quả cao khắc phục ñược tình trạng rửa trôi, bay hơi, thấm xuống ñất so với bón phân thông thường Hiệu quả lớn nhất của phương pháp bón phân này là tiết kiệm 30 - 35% lượng phân bón, chất lượng ñảm bảo, không gây ô nhiễm môi trường, giảm sâu bệnh và cỏ dại và nhất là chỉ cần bón 1 lần/vụ

2.2 Tình hình nghiên cứu cơ giới hóa khâu bón phân viên nén [2], [[[[3], [4]

2.2.1 Trên thế giới

ðể nâng cao năng suất, tiết kiệm sức lao ñộng cho nông dân trong khâu bón phân viên nén thì tại các nước có áp dụng tiến bộ kỹ thuật “Sử dụng phân viên nén dúi sâu trong sản xuất nông nghiệp” như: Ấn ðộ, Bangladesh, Trung Quốc ñã tiến hành nghiên cứu và ñưa ra các mẫu máy bón phân Tại các nước trên cũng ñã có nhiều máy bón phân viên nén dúi sâu, chủ yếu dùng ñể bón cho lúa Chúng có nhiều kết cấu khác nhau nhưng về nguyên lý làm việc thì cũng giống như các máy gieo hạt Các bộ phận làm việc chính của máy thường gồm có: Thùng chứa phân, bộ phận cung cấp, ống dẫn phân, lưỡi rạch,

bộ phận vùi lấp viên phân, bánh xe và khung máy Về nguyên lý làm việc, có thể chia ra các loại sau:

* Máy dúi phân viên nén kiểu ñĩa có trục nằm ngang

Sơ ñồ cấu tạo của máy dúi phân kiểu ñĩa có trục nằm ngang ñược thể hiện trên hình 2-1

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 10

Hình 2-1 Máy dúi phân kiểu ñĩa có trục nằm ngang:

1- Thùng chứa viên phân, 2- Bánh xe máy dúi, 3- Chổi quét, 4- ðĩa cung cấp, 5- Lỗ chứa viên phân, 6- Vỏ bao ñĩa cung cấp, 7- ống dẫn phân, 8- Tấm trượt, 9- Bộ phận rạch hàng, 10- Bộ phận lấp nén; 11- Khung máy, 12- Cụm cần ñẩy

Máy hoạt ñộng như sau: Khi máy dúi làm việc thì ñĩa cung cấp viên phân 4 chuyển ñộng cùng vận tốc góc với bánh xe máy dúi 2 Trên mặt trụ của ñĩa có bố trí các lỗ chứa viên phân 5 Khi ñĩa chuyển ñộng bên dưới thùng chứa phân, một viên phân sẽ ñược nằm trong lỗ và ñưa tới phần ống dẫn phân

7 Khi ñĩa ñưa viên phân ñến vùng thoát phân, viên phân sẽ rơi khỏi lỗ nhờ trọng lượng của chính viên phân và rơi vào ống dẫn Ống dẫn phân có nhiệm

vụ dẫn hướng cho viên phân nén rơi ñúng vào rãnh mà bộ phận rạch hàng 9 gắn trên tấm trượt 8 ñã rạch Sau khi viên phân nén ñã nằm ñúng vị trí sẽ ñược lấp ñất nhờ bộ phận lấp nén 10

ðể ñảm bảo cho mỗi lỗ trên ñĩa cung cấp chỉ có một viên phân nén, ở ñáy của thùng chứa viên phân có lắp chổi quét mềm 3, nhằm gạt các viên phân khác ra khỏi lỗ khi chúng có xu hướng theo lỗ tới ống dẫn phân Bên cạnh ñó thành của thùng chứa phân cũng ñược thiết kế với góc nghiêng phù hợp nhằm tránh hiện tượng tạo vòm của các viên phân

1 2

4

5

6

7 8

11 12 3

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 11

Máy bón phân viên nén dúi sâu có bộ phận cung cấp kiểu trống nằm ngang loại này làm việc kém do các viên phân “tranh nhau” lọt vào lỗ trên ñĩa cung cấp gây ra hiện tượng kẹt Do bộ phận cung cấp nhận truyền ñộng trực tiếp từ bánh xe máy dúi nên khó ñiều chỉnh khoảng cách dúi, khó sử dụng cho nền ruộng có ñộ trượt quá lớn và không thể di chuyển trên ñường khi thay ñổi ñịa bàn làm việc mà trong thùng vẫn còn phân bón

* Máy dúi phân viên kiểu dúi trực tiếp.

Máy dúi phân viên nén trực tiếp xuống lớp ñất canh tác có các bộ phận làm việc như trên hình 2-2

Hình 2-2 Máy dúi phân viên kiểu dúi trực tiếp

1- Thùng chứa viên phân; 2- Van lá; 3- Máng chứa phân;

4- Cụm pittông – xilanh dúi; 5- Cơ cấu truyền ñộng dúi

Bộ phận dúi kiểu này bao gồm thùng chứa viên phân 1; van lá ñiều chỉnh 2 ñể ñiểu chỉnh lượng phân trong máng 3 cho phù hợp; cặp pittông - xi lanh dúi 4; cơ cấu truyền ñộng cho bộ phân dúi 5

Khi máy dúi làm việc thì phân viên từ thùng chứa 1 ñược lọt vào máng

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 12

3 nhờ ñiều chỉnh ñộ mở của van lá 2 Phân viên nén sẽ ñược nằm thành hàng trong máng 3 Pittông ñược tính toán có chiều dài sao cho hành trình của nó trong ống xi lanh ñảm bảo khi ñi hết qui trình dúi viên phân vào hốc dúi thì vẫn làm luôn nhiệm vụ giữ cho viên sau ở lại trong máng nhằm không dúi trùng Pittông dúi này ñược truyền ñộng nhờ cơ cấu truyền ñộng 5 Cơ cấu truyền ñộng là cơ cấu biên tay quay ñược tính toán với chiều dài tay quay và chiều dài biên phù hợp với mức bón và ñộ sâu bón Tay quay của cơ cấu nhận truyền ñộng từ bánh xe máy dúi thông qua bộ phận giảm tốc

Máy dúi loại này làm việc mà không cần có bộ phận rạch hàng nhưng cần có bộ phận truyền ñộng từ bánh xe tới cơ cấu dúi Do ñộng lực ñược lấy

từ bánh xe nên tốc ñộ dúi viên phân không thể nhanh gọn gây nên hiện tượng tạo rãnh trên mặt ruộng do quá trình dúi thực hiện khi máy ñang di chuyển trên mặt ruộng Mặt khác do dúi trực tiếp nên pittông sẽ dính bùn nên sau khoảng thời gian làm việc bùn sẽ theo pittông bám vào cửa ra của máng chứa phân, vì vậy viên phân không thể rơi xuống mặc dù ñã bố trí thêm cơ cấu cung cấp cưỡng bức viên phân Chính vì thế máy dúi này làm việc không chính xác

và thực tế không ñược ứng dụng trong sản xuất

* Máy dúi phân có bộ phận làm việc kiểu thìa múc

Mẫu máy này có kết cấu như trên hình 2-3

Khi máy dúi làm việc thì ñĩa cung cấp viên phân 2 quay cùng vận tốc với vân tốc của bánh xe máy dúi vì chúng ñược lắp cứng trên cùng một trục Trên ñĩa cung cấp viên phân có bố trí các thìa múc 4, các thìa này cách ñều nhau trên toàn bộ chu vi của ñĩa cung cấp viên phân Khi ñĩa cung cấp 2 quay thì các thìa múc 4 sẽ nhận viên phân nén trong khoang cấp phân của thùng chứa phân viên Viên phân nén nằm trên thìa múc ñược ñưa tới bộ phận dẫn hạt phân 6 Tại ñậy viên phân sẽ tự rơi khỏi thìa múc vào bộ phận dẫn viên

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 13

phân 6 nhờ trọng lượng bản thân của viên phân Bộ phận dẫn viên phân 6 sẽ ñịnh hướng cho viên phân nén rơi xuống rãnh ñã ñược bộ phận rạch hàng 5 kiểu sống tàu rạch từ trước rồi ñược lấp nén lại nhờ bộ phận lấp nén 7 ðể ñảm bảo mỗi thìa múc chỉ có một viên phân thì máy còn ñược bố trí bộ phận chổi quét 12

Hình 2-3 Sơ ñồ máy bón phân dúi sâu kiểu thìa múc

1- Bánh xe máy dúi; 2- ðĩa cung cấp; 3- Vỏ bao ñĩa cung cấp; 4- Thìa múc; 5- Bộ phận rạch hàng; 6- Bộ phận dẫn phân viên; 7- Bộ phận lấp nén; 8- Khung máy dúi; 9- Cụm cần ñẩy; 10- Thùng chứa viên phân; 11-Tấm ngăn; 12- Chổi quét

Thùng chứa viên phân nén ñược chia thành hai khoang bởi tấm ngăn

11, tấm này có thể ñóng mở ñể ñiều chỉnh lượng viên phân trong khoang cung cấp luôn ở mức cần thiết, không nhiều quá cũng không ít quá Sở dĩ phải có tấm ngăn như vậy ñể ñảm bảo cho máy dúi luôn làm việc ổn ñịnh vì nếu số viên phân nén nhiều quá sẽ có sự tác ñộng qua lại lẫn nhau giữa các viên phân khi máy làm việc như tạo vòm, kẹt còn nếu số viên phân nén quá ít sẽ có hiện tượng dúi sót

Theo kết quả ñiều tra của Tổ chức phát triển quốc tế IDE (International

9 11

1 2

3

4

5 6

7

8 12

10

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 14

Development Enterprise) tất cả các mẫu máy kể trên ñã ñược thiết kế, chế tạo

và giới thiệu từ lâu nhưng chúng vẫn không ñược ứng dụng trong sản xuất Nguyên nhân chính là ñộ tin cậy làm việc không cao, hay bị kẹt tắc tại bộ phận cung cấp

Trong số các mẫu máy giới thiệu kể trên, máy dúi phân kiểu thìa múc hoạt ñộng tốt hơn cả Tuy vậy máy vẫn còn hiện tượng kẹt, hay bị dúi sót khi vận tốc ñĩa múc lớn và kết cấu bộ phận cung cấp khá phức tạp do cần khống chế lượng viên phân trong khoang chờ múc

Nói cách khác, khâu bón phân viên nén dúi sâu trên thế giới tại các nước có nền nông nghiệp phát triển thì việc nghiên cứu, ứng dụng phương pháp bón phân viên nén dúi sâu vẫn chưa vẫn chưa giải quyết triệt ñể những nhược ñiểm của máy bón phân ñã nêu trên

2.2.2 Ở trong nước

ðến nay, nhiều cơ sở nghiên cứu và ngay cả người dân ở một số ñịa phương ñã thiết kế chế tạo các máy và công cụ bón phân cho lúa cấy và lúa sạ Máy của Khoa Cơ ðiện và của Viện Cơ ðiện Nông nghiệp là máy chép mẫu trên cơ sở máy của Tổ chức phát triển quốc tế IDE cung cấp Các máy này cũng không khắc phục ñược tình trạng kẹt tắc viên phân do khó loại trừ hiện tượng tranh chấp của các viên phân tại bộ phận cung cấp Các công cụ của người dân chế tạo là máy bón toàn bề mặt cho ruộng sạ nhưng cũng không làm việc tin cậy nên không ñược phổ biến trong sản xuất

Từ các kết quả nghiên cứu cải tiến máy bón phân viên nén dúi sâu, nhóm thiết kế máy bón phân thuộc Khoa Cơ ðiện, Viện Phát triển Công nghệ Cơ ðiện của Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã ñề xuất giải pháp cho vấn

ñề cơ giới hóa khâu bón phân viên nén là cần thiết kế, chế tạo máy ép phân viên thế hệ mới sao cho viên phân ñược tạo ra có dạng gần hình cầu Các thử

Tr ường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 15

nghiệm máy bón phân sử dụng viên phân mới, trên rãnh ựất và trên ựồng ruộng ựã cho thấy máy có khả năng làm việc tốt Chất lượng làm việc của máy bón phân ựược cải thiện rõ rệt là nhờ viên phân ựã có hình dạng hợp lý nên khắc phục ựược hiện tượng kẹt tắc tại các bộ phận cung cấp

Như vậy có thể kết luận là việc bón phân viên nén dúi sâu cho lúa và cho một số cây trồng nông nghiệp khác là rất có hiệu quả Tuy nhiên ở trong nước cũng như ở nước ngoài, vấn ựề cơ giới hóa khâu bón phân viên nén vẫn chưa ựược giải quyết

Tình trạng làm việc kém của các máy bón phân là do hình dạng viên phân không hợp lý Hậu quả của việc sử dụng viên phân Ộquả bàngỢ là:

- Gây ra sự Ộtranh chấpỢ của các viên phân trong bộ phận cung cấp dẫn ựến kẹt tắc và hư hỏng viên phân

- Làm tăng ựộ không ựều về khoảng cách các viên phân trong cùng một hàng do viên phân có ựộ linh ựộng kém trong ống dẫn phân từ bộ phận cung cấp ựến rãnh rạch trên ruộng

- Gây ra hiện tượng tạo vòm của viên phân trong thùng chứa do viên phân kém linh ựộng

Nếu sử dụng viên phân có hình dạng hợp lý thì tất cả các hiện tượng trên sẽ ựều ựược khắc phục, khả năng làm việc của các bộ phận cung cấp thông dụng ựều ựược cải thiện Như vây, có thể nói việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo ựược máy ép viên phân mới, tạo ra ựược viên phân có hình dạng hợp

lý là bước ựi ban ựầu có tắnh chất quyết ựịnh, mở ựường cho việc cải thiện khả năng làm việc của các máy bón phân đó cũng chắnh là cơ sở cho giải pháp cơ giới hóa khâu bón phân viên nén dúi sâu cho nước ta cũng như cho các nước khác có sử dụng viên phân nén trong canh tác cây lúa và các cấy trồng nông nghiệp khác

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 16

2.3 Tình hình nghiên cứu máy ép viên [2],[[[[3]]]],[4],[5]

Từ trước ñến nay, ñể ép viên các nhà khoa học ñã nghiên cứu thiết kế

ra nhiều loại máy ép ñể sản xuất ra nhiều loại viên, với những loại nguyên liệu khác nhau Về cơ bản, các nghiên cứu tập trung vào một số loại máy có nguyên lý sau:

2.3.1 Máy ép kiểu trục vít [5]

Cấu tạo: gồm có phểu cấp liệu, vỏ vít chứa nguyên liệu ñược thiết kế

kín một ñầu còn một ñầu có khoan các lỗ vừa kích thước viên, ruột vít (là một trục vít xoắn), ruột vít trong vỏ vít có hướng xoắn nghiêng về ñầu có lỗ và ñược nối với nguồn truyền ñộng và dao cắt viên ñặt cách mặt ñầu lỗ một khoảng nhất ñịnh

Hình 2-4 Sơ ñồ nguyên lý ép kiểu vít

Nguyên lý làm việc: Nguyên liệu nạp vào vỏ vít thông qua phểu, bộ

phận truyền ñộng làm trục vít quay ñẩy nguyên liệu dồn chặt và ép ñẩy ra ở ñầu các lỗ các sợi dài, tại ñầu lỗ có dao cắt phối hợp ñể sao cho khi dao cắt lên xuống thi trục vít ép ñẩy ñựợc nguyên liệu một ñoạn vừa kích thước viên

2.3.2 Máy ép kiểu lô ép trong [2], [5]

Cấu tạo: Gồm lô ép trong có ñường kính nhỏ hơn nhiều lô ép ngoài,

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 17

ñược lắp sát vào phía dưới ñường kính trong của lô ép ngoài, lô ép ngoài có khoan các lỗ ñều nhau vừa kích thước viên

L« Ðp ngoµi

PhiÓu cÊp liÖu

L« Ðp trong Nguyªn liÖu

Lç t¹o viªn

Hình 2-5 Sơ ñồ nguyên lý ép lô trong

Nguyên lý làm việc: Nguyên liệu ñược nạp vào khoảng trống giữa lô

ép trong và lô ép ngoài có chiều cùng với chiều quay của lô ép trong, lúc này các lỗ tạo viên trên lô ép ngoài ñược nạp ñầy khi tâm lô ép trong quay ñẩy nguyên liệu ép chặt vào lỗ tạo viên rồi ñùn ra dải viên, tại ñây bố trí dao cắt với chiều dài phù hợp

Hai loại máy trên hình 2-4 và 2- 5 tuy cấu tạo khác nhau nhưng có ñặc ñiểm sử dụng giống nhau thể hiện ở các ñiểm sau:

Ưu ñiểm:

- Ép ra viên có hình dạng trụ ngắn có ñường kính ñều nhau

- Năng suất cao, ít thất thoát nguyên liệu quá trình ép trong lô kín

- Thiết kế ñơn giản, ít chi tiết phụ

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 18

- Viên hình trụ có hai ñầu viên phẳng

2.3.3 Máy ép kiểu lô ép ngoài [2], [5]

Cấu tạo: gồm có thùng chứa nguyên liệu, trục dồn nén phân sơ bộ,

trống ép tạo viên (trên các trục ñều khoan lỗ bán khuyên cùng vị trí với nhau),

hệ thống truyền lực, sàng phân loại viên phân và khung máy Sơ ñổ nguyên lý của máy hiện trên hình 2-6

Hình 2-6 Sơ ñồ nguyên lý và cấu tạo của máy ép lô ép ngoài

1- Thùng c ấp liệu; 2- Trục dồn phân; 3- Trống chủ ñộng;

4- H ốc ép; 5- Trống bị ñộng

Nguyên lý làm việc: Khi máy làm việc, hai trục quay ngược chiểu

nhau cùng tốc ñộ, hỗn hợp phân ñược ñưa vào thùng cấp chứa, cấp phân ñều trên trục, khi phân ở phía trên ñường tâm trục nó ñược dồn vào lỗ khoan nhờ

5 3

1

4 2

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 19

trọng lực và chiều quay các trục ngược chiều nhau ép phân lại trong các lỗ, khi phân ở vị trí ngang tâm trục (lúc này lực ép lớn nhất) tạo nên liên kết giữa các hỗn hợp phân và thành viên phân Khi phân qua tâm trục (lúc này hai nửa

lỗ trên các trục tách nhau) viên phân chỉ nằm ở một trục chủ ñộng quay xuống

và sau ñó rơi xuống sàng

Ưu ñiểm:

- ðơn giản trong thiết kế, dễ chế tạo, vận hành, sửa chữa và năng suất cao

- Ép theo kiểu ép nén, lực ép lớn nên sử dụng ñược với các nguyên liệu

ép không cần ñộ ẩm cao Có thể dùng cho ép viên phân nén

Nhược ñiểm:

- Viên phân sau khi ép có dạng “quả bàng” gồm hai ñới cầu úp vào nhau với kích thước theo một phương nhỏ hơn rất nhiều so với hai phương còn lại Khi bón phân bằng máy hay bị tắc – kẹt, nên khó khăn cho việc cơ giới hóa khâu bón phân dúi sâu

- Trong trường hợp quả lô ép bị mòn, viên phân thường có ba via và có hiện tượng lệch nhau giữa các ñới cầu Hình dạng các viên phân ñược thể hiện trên hình 2-7

Cho ñến nay, các máy ép tạo viên phân ở nước ngoài ñều dựa trên nguyên lý chung là ép hỗn hợp nguyên liệu nhờ máy ép hai trống có trục nằm ngang Viên phân dùng cho bón dúi sâu ñược tạo ra bằng cách ép hỗn hợp phân N, P, K trên các máy ép viên

Trong khu vực châu Ácó các cơ sở nghiên cứu và sản xuất máy ép theo nguyên lý như trên gồm: Tổ chức phát triển phân bón quốc tế (IFDC), Viên khoa học Nông nghiệp Fujian (Trung Quốc), Trung tâm phát triển Công

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 20

nghiệp kim loại (MIDC- Indonexia), Công ty IFFCO của Ấn ðộ [2]

Hình 2-7 Viên phân ‘quả bàng’ ñược ép trên các máy ép dạng quả lô

Ở nước ta, việc ép tạo viên phân ñược thực hiện trên máy ép viên có nguồn gốc từ mẫu máy của Tổ chức phân bón quốc tế IFDC ñược sản xuất tại Bangladesh Máy gồm có 2 bộ quả lô (nguyên lý làm việc như ñã nói ở trên)

ñể sản xuất viên phân hình quả bàng cỡ 1,8 gam và cỡ 2,7 gam Nguồn ñộng lực là ñộng cơ ñiện hoặc ñộng cơ ðiêzen hình 2-8; 2-9

Hiện tại ở nước ta có một số cơ sở chế tạo máy ép viên phân theo mẫu nước ngoài có công suất từ 50 ñến 450kg/h như: Xí nghiệp cơ khí Thuận Phát – Thừa Thiên Huế, Xưởng cơ khí Thành Hưng – Thanh Hóa

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 21

Hình 2-8 Máy ép viên phân chạy bằng ñộng cơ ñiện

Hình 2.-9 Máy ép viên phân do Việt Nam chế tạo theo mẫu nước ngoài

2.3.4 Máy ép kiểu chày cối [[[[3]]]], [4]

* Máy ép kiểu chày cối do Trung Quốc thiết kế, chế tạo

Tại Trung quốc các công ty chế tạo máy sản xuất dược phẩm ñã thiết

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 22

kế chế tạo loại máy ép kiểu chày cối dùng ñể ép viên thuốc Phần lớn các máy này ép ra viên có hình trụ, hình gần cầu Một số máy ép viên thuốc ñược giới thiệu trên hình 2-10

Hình 2-10 Một số mẫu máy ép viên thuốc của Trung Quốc

ðặc ñiểm chung của các mẫu máy này là thiết kế hiện ñại, dùng các vật liệu tốt, có thể ñiều chỉnh ñược lực ép và chiều cao viên thuốc nhanh Máy sử dụng hệ thống thuỷ lực ñể tạo lực ép ñảm bảo an toàn cho máy Tuy nhiên các máy này giá thành rất cao khoảng 250 ñến 300 triệu ñồng Vì vậy chúng không thích hợp dùng ép viên phân phục vụ nông nghiệp

* Máy ép do Viện Phát triển Công nghệ Cơ ðiện- ðHNN Hà Nội thiết kế

Năm 2007, Viện Phát triển Công nghệ Cơ ðiện thuộc trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội ñã ñề xuất giải pháp là thiết kế chế tạo máy ép viên phân thế hệ mới và cải tiến máy bón phân ñể khai thác tối ña các lợi thế của viên phân mới hình dạng là hình gần cầu Kết quả thử nghiệm các máy ép viên phân nén và các mẫu máy bón phân viên nén do Viện chế tạo ñã khắng ñịnh giải pháp ñã ñề xuất là hợp lý

Máy ép viên phân của Viện thiết kế, ñã tạo ra ñược viên phân ñạt yêu

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 23

cầu nông học Nguyên lý làm việc của máy kiểu chày cối ép là phù hợp ñể tạo

ra viên phân nén có hình dạng yêu cầu (gần như hình cầu)

Hình 2-11 Máy ép viên do Viện Phát triển Công nghệ Cơ ðiện thiết kế

Sơ ñồ nguyên lý làm việc và sơ ñồ cấu tạo thể hiện trên hình 2-12 Máy gồm có một trống quay trên ñó lắp ñĩa cối (3), phía dưới và phía trên ñĩa cối lắp các chày dưới (2) và chày trên (5) phân bố ñều theo chu vi của trống Các chày dưới ñược nâng hạ nhờ vành cam dưới (1), các chày trên ñược nâng hạ nhờ vành cam trên (6) ñặt phía dưới và trên trống quay Các chày ñược ñịnh vị chính xác ñể chúng có thể ñi vào cối mà không bị vấp vướng Các pha thao tác của máy ñược thực hiện tuần tự theo chiều quay của trống tại các cung xác ñịnh trên máy Trên sơ ñồ nguyên lý hình 2-12a, các vị trí thao tác ñược ký bố trí như sau: I-II- Nạp liệu; II-III- ép tạo viên; III-IV - Tháo sản phẩm (viên phân); IV-I-Chuyển tiếp

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 24

Hình 2-12 Sơ ñồ nguyên lý (a) và sơ ñồ cấu tạo (b) của máy ép viên kiểu chày

cối, ép bằng cam:

1 – Vành cam d ưới, 2 – chày dưới, 3 – vành cối, 4 – ống nạp liệu,

5 – chày trên, 6 – vành cam trên, 7 – ống dẫn sản phẩm

Máy hoạt ñộng như sau: Tại cung chuyển tiếp cam dưới bắt ñầu nâng chày dưới lên chặn phía dưới lỗ cối, còn cam trên ở phần lõm làm chày trên ñi lên ñể tạo không gian bố trí ống nạp liệu Trong cung I – II nguyên liệu ñược nạp ñầy vào lỗ cối, các chày giữ nguyên ñộ cao Tại cung II – III, chày dưới lên vẫn giữ nguyên vị trí chặn dưới ñáy lỗ cối, trong khi chày trên hạ xuống ñể

ép tạo thành viên phân Sau khi viên phân ñược ép xong, trên cung III – IV chày dưới hạ xuống tạo cửa thoát cho viên phân và chày trên hạ xuống ñẩy viên phân ra khỏi lỗ cối, thực hiện tháo viên phân khỏi cối và ñưa viên phân ra khỏi máy Trong cung IV – I, các chày trên và chày dưới ñi lên trở về vị trí ban ñầu ñể chuẩn bị thực hiện chu kì tiếp theo

Cứ như vậy, sau một chu kì, mỗi bộ chày cối tạo ñược 1 viên phân Nếu

bố trí Z bộ chày cối và p chu kì ép trong một vòng quay của trống, trống quay với vận tốc n vòng/phút thì ta sẽ nhận ñược Z.p viên sau mỗi vòng quay của

trống và Z.p.n viên trong 1 phút

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 25

Với máy ñã thiết kế có n = 10 vòng/ phút, Z =10; p = 1 nên năng suất sau 1 giờ ñạt

- Năng suất chưa cao

Mặt khác nghiên cứu trên chỉ mới ñưa ra nguyên lý hoạt ñộng và mẫu máy chế tạo thử, chưa hoàn chỉnh thiết kế ñể có thể chuyển giao công nghệ

Do ñó cần nghiên cứu hoàn thiện thiết kế, ñể máy làm việc có ñộ tin cậy cao, tăng năng suất, hạn chế một số nhược ñiểm máy hiện có

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 26

3 ðỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU

3.1 ðối tượng

- Nguyên liệu dùng ñể ép phân viên nén: ðạm urê có 46%Ni tơ, kali có 45% sunfat kali nguyên chất, lân nung chảy hàm lượng P2O5 từ 16 – 16,5% ðược mua ngoài thị trường ñang bọc kín trong bao (có ñộ ẩm của nhà sản xuất trước ñó)

- Máy ép viên phân ñã thiết kế, chế tạo

- Các loại vật liệu kim loại dùng chế tạo chi tiết máy: thép các bon, gang và thép không rỉ

3.2 Nội dung

ðể ñạt ñược mục ñích và yêu cầu ñã ñược xác ñịnh của ñề tài, giải quyết các nhiệm vụ của ñề tài cần thiết phải thực hiện các công việc sau:

- Xác ñịnh một số thông số của nguyên liệu dùng ñể ép viên phân nén

và các thông số của viên phân nén

- Thử nghiệm máy: ðể phát hiện các nhược ñiểm của máy

+ Hiện tượng ăn mòn hoá học các chi tiết của máy

+ Hiện tượng mài mòn cơ học các bề mặt làm việc của máy:

- Phân tích, lựa chọn giải pháp ñể khắc phục

+ Hiện tượng ăn mòn hoá học các chi tiết của máy

+ Hiện tượng mài mòn cơ học các bề mặt làm việc

- Tìm kiếm khả năng tăng năng suất của máy

- Tính toán xác ñịnh các thông số cơ bản của máy

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 27

3.3 Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng nghiên cứu thực nghiệm ñể xác ñịnh các thông số cần thiết của ñối tượng làm việc của máy, phục vụ cho việc tính toán lý thuyết Nghiên cứu thực nghiệm cũng ñược sử dụng ñể ñánh giá sơ bộ một số nội dung ñược ñịnh hướng bằng phương pháp tính toán lý thuyết

3.3.1 ðo góc ma sát nguyên liệu trên nhựa và trên thép

Hình 3-1 Dụng cụ ño ma sát nguyên liệu trên nhựa và trên thép

Cách ño (hình 3-1): Cho nguyên liệu hoặc viên phân lên tấm 2 ban ñầu góc giữa tấm 2 và tấm 1 là 00 , nâng tấm 2 dần lên cho ñến khi nguyên liệu hoặc viên phân bắt ñầu chuyển dộng ñi xuống thì dừng lại, tiến hành là ño nhiều lần ñể lấy giá trị trung bình

ðo góc nghiêng α giữa tấm ngang và tấm nghiêng hoặc ño ñộ cao từ ñầu tấm 2 ñến tâm quay ñược giá trị h, khoảng cách từ hình chiếu vuông góc

của ñầu tấm 2 trên tấm 1 ñến tâm quay, ta ñược giá trị l

Hệ số ma sát ñược xác ñịnh theo công thức:

f = tg α =

l h

(3.1)

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 28

Kết quả ño thực nghiệm hệ số ma sát cho các nguyên liệu ñạm, kali và lân nung chảy ñược trình bày tại bảng 1, 2, 3 của phụ lục Sau khi xử lý số liệu ñược trình bày tại bảng 4.1

3.3.2 Xác ñịnh thời gian nạp liệu

Thời gian nạp liệu ñược xác ñịnh nhờ dụng cụ có cấu tạo chỉ ra trên hình vẽ hình 3-2 và hình 3-3

Dụng cụ gồm có một ñĩa quay 2 trên ñó có khoan các lỗ dong lượng nguyên liệu 3 phân bố trên các vòng tròn ñồng tâm ðĩa quay 2 ñược lắp chặt dưới ống nạp liệu 1, phía dưới ñĩa quay có tấm chắn không cho nguyên liệu ra khỏi lỗ ñịnh lượng Bề dầy ñĩa quay chọn ñược xác ñịnh theo chiều cao khối nguyên liệu cần ñong

Khi cho ñĩa quay quay với vận tốc góc ω không ñổi (trong thí nghiệm ta chọn n =10v/phút) quan sát sự nạp ñầy nguyên liệu vào các lỗ Ta nhận thấy các

lỗ càng xa tâm thì lượng nguyên liệu ñược nạp vào càng ít Tại một bán kính

R nhỏ hơn một giá trị Rgh giới hạn nào ñó, nguyên liệu luôn ñược nạp ñầy

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 29

Coi gần ñúng cung di chuyển của tấm lỗ là ñoạn thẳng, vận tốc chuyển ñộng của lỗ dưới khối nguyên liệu ñược xác ñịnh theo công thức:

Chon trước vận tốc góc ω bằng số vòng quay n trong 1 vòng phút của ñĩa cối, chọn trước bề rộng b của ống nạp liệu; quan sát ñể xác ñịnh bán kính giới hạn Rgh mà các lỗ có R≤ Rgh ñều ñược nạp ñầy thay vào biểu thức trên ta xác ñịnh ñược thời gian cần thiết ñể nạp ñầy nguyên liệu vào lỗ cối Dụng cụ xác ñịnh thời gian nạp liệu ñược chỉ ra trên hình 3-3

Hình 3-3 Dụng cụ xác ñịnh thời gian nạp liệu

1- Ống nạp liệu, 2- ð ĩa quay, 3-Lỗ ñịnh lượng, 4- Tấm chắn

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 30

Kết quả ño thực nghiệm về thời gian nạp liệu ñược xử lý số liệu và trình bày tại bảng 4.1 của mục 4.1.1

3.3.3 Xác ñịnh khối lượng thể tích của nguyên liệu

Khối lượng thể tích nguyên liệu dùng ñể ép viên phân ñược xác ñịnh như sau

ðong khối lượng nguyên liệu trong 1 dụng cụ ñong (xô), cân khối lượng của khối nguyên liệu

Gọi thể tích của xô ñong là V(m3)

Gọi khối lượng nguyên liệu ñong là M(kg)

Khối lượng thể tích nguyên liệu ñược xác ñịnh theo công thức:

m k =

V

G

; (kg/m3) (3.4) Làm lần lượt với hỗn hợp ñạm, kali, lân, ta ñược khối lượng thể tích của mỗi loại Sau khi xử lý số liệu trình bày tại bảng 4.2 mục 4.1.2

3.3.4 Xác ñịnh góc tự chảy (góc ñổ tự nhiên của nguyên liệu hoặc của viên phân)

Sơ ñồ xác ñịnh góc ñổ tự nhiên của nguyên liệu hoặc viên phân cho trên hình 3-4

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 31

ðổ nguyên liệu hoặc viên phân lên một tấm phẳng, ñổ từ từ cho ñến khi

nó tạo thành hình nón ðo chiều cao từ tấm phẳng ñến ñỉnh nón và ño ñường kính chân nón Ta xác ñịnh ñược góc ñổ tự nhiên γ theo công thức:

Hình 3-5 Dụng cụ ép viên phân mới

Gọi tỷ lệ giữa thể tích ban ñầu của khối nguyên liệu trước khi ép và thể tích cuối cùng của viên phân sau khi ép là Hệ số nén k Hệ số nén k ñược xác ñịnh theo công thức:

Tr ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 32

Vban ñầu; Thể tích khối nguyên liệu ban ñầu khi chưa ép

Vviên phân; Thể tích viên phân sau ép

Ép thủ công các nguyên liệu ðạm, kali, lân nung chảy ño các thể tích cho từng loại viên của từng nguyên liệu ta tim ñược hệ số nén Sau khi xử lý

số liệu về hệ số nén ñược trình bày tại bảng 4.1 ðề kiểm tra ñộ chặt tác giả cho viên phân rơi ở ñộ cao hơn 1,5m mới bắt ñầu bị vỡ (giống với ñộ chặt của viên phân quả bàng)

3.3.6 Xác ñịnh lực ép viên

Lực ép viên phân ñược xác ñịnh bằng thực nghiệm Viên phân có ñộ chặt ñạt yêu cầu là viên phân không bị vỡ khi thả rơi tự do từ ñộ cao khoảng 1,5m xuống nền xi măng Trong dụng cụ ép thủ công, cam ép tác dụng lên chày

ép thông qua một lò xo nén ðo biến dạng của lò xo và ñộ cứng của lò xo, ta xác ñịnh ñược lực ép viên phân Kết quả ño lực nén với các nguyên liệu phân khác nhau sau khi xử lý ñược trình bày tại bảng 4.1

3.3.7 Phương pháp xử lý số liệu ño ñạc

Các kết quả ño trong nghiên cứu thực nghiệm máy thường là các ñại lượng ngẫu nhiên Các sai số trong quá trình ño ñạc phụ thuộc vào ñộ chính xác của thiết bị ño và phương pháp ño

Các số liệu ño ñạc ñược xử lý theo các quy tắc của lý thuyết xác suất và thống kê toán học

Sau khi ño n lần lặp lại ñược các giá trị xi (i = 1,2, ,n) và tính các giá trị trung bình theo công thức: