Thiết kế thử nghiệm máy bón phân viên nén dúi sâu

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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-o0o -

HOÀNG MẠNH CƯỜNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

THIẾT KẾ, THỬ NGHIỆM MÁY BÓN PHÂN VIÊN NÉN DÚI SÂU

Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Hướng dẫn khoa học: PGS TS NGUYỄN VĂN DỰ

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do cá nhân tôi thực hiện, dưới sự hướng dẫn của PGS TS Nguyễn Văn Dự Các kết quả trình bày trong cuốn luận văn này chưa được sử dụng cho bất kỳ một khóa luận tốt nghiệp nào khác Theo hiểu biết cá nhân, từ trước tới nay chưa có một tài liệu khoa học nào tương tự được công bố, trừ những thông tin tham khảo được trích dẫn trong luận văn này

HOÀNG MẠNH CƯỜNG

Thái Nguyên, tháng 3 năm 2013

Lời cám ơn

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn khoa học của tôi,

PGS TS Nguyễn Văn Dự, người đã tận tình chỉ bảo, định hướng, hướng dẫn, động

viên và giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt thời gian làm luận văn tốt nghiệp

Tôi cũng xin cám ơn các đồng nghiệp Hoàng Trung Kiên, Ngô Quốc Huy của

trường Đại học kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, đồng nghiệp Lê Duy Hội của

trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật và Công ty TNHH một thành viên Tuyết Thành

– Bắc Giang đã giúp đỡ tôi trong quá trình triển khai gia công, chế tạo và thử

nghiệm máy sản phẩm thiết kế của đề tài này

Tôi xin gửi lời cám ơn tới Ban giám hiệu, Ban lãnh đạo khoa và các đồng

nghiệp Khoa Cơ khí - Luyện kim trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Việt Bắc

Vinacomin nơi tôi đang công tác, đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ để tôi tham gia

và hoàn thành khóa học này

Tôi cũng muốn nói lời cám ơn tới anh Andreas Fischer – cố vấn kỹ thuật GIZ

ở trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Việt Bắc Vinacomin – một đồng nghiệp –

một người bạn đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong công việc tạo điều kiện thuận lợi cho

tôi hoàn thành được đề tài này và nhiệm vụ được giao

Cuối cùng, xin trân trọng cám ơn gia đình, bạn bè luôn - là nguồn cổ vũ, động

viên và là động lực để tôi phấn đấu hoàn thành luận văn này

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

Mục lục

Lời cam đoan 1

Lời cám ơn 2

Tóm tắt 3

Mục lục 4

Các ký hiệu viết tắt 6

Danh mục các hình ảnh 7

Danh mục các bảng, biểu 10

Chương 1 GIỚI THIỆU 11

1 1 Phân bón viên nén 11

1.2 Nguyên tắc sử dụng phân bón dạng viên nén 12

1.3 Thực trạng sử dụng phân bón viên nén 13

1.4 Nhu cầu cơ giới hóa bón phân viên nén 15

1.5 Mục tiêu nghiên cứu 19

1.6 Các kết quả chính đã đạt được 19

1.7 Cấu trúc của luận văn 20

Chương 2 THIẾT KẾ CẤU TRÚC MÁY BÓN PHÂN VIÊN NÉN DÚI SÂU 21

2.1 Giới thiệu 21

2.2 Một số yêu cầu kỹ thuật của máy bón phân viên nén 22

2.2.1 Nguyên tắc cấu trúc của máy bón phân viên nén 22

2.2.2 Các yêu cầu sử dụng máy bón phân viên nén 23

2.2.3 Các yêu cầu kỹ thuật cho máy bón phân viên nén 23

2.3 Đặc điểm của phân viên nén 24

2.4 Thử nghiệm một số kết cấu tách và cấp phân viên nén 29

2.5 Cấu trúc cơ cấu cấp phân đề xuất cải tiến 41

2.5.1 Thùng chứa phân 42

2.5.2 Đĩa cấp phân 43

2.6 Phương án thiết kế cấu trúc máy 46

2.6.1 Một số đặc tính cơ học, vật lý cơ bản của đất nông nghiệp 46

2.6.2 Bộ phận cấp và tách phân 48

2.6.3 Bộ phận rạch hàng và lấp đất 49

2.7 Kết luận 52

Chương 3 THIẾT KẾ CHI TIẾT, CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM 53

MÁY BÓN PHÂN VIÊN NÉN DÚI SÂU 53

3.1 Giới thiệu 53

3.2 Tính toán xác định các thông số chế tạo 53

3.2.1 Bộ phận cấp phân 53

3.2.2 Tính toán lực tác dụng lên lưỡi rạch 55

3.2.3 Tấm trượt 57

3.2.4 Tính toán các bộ phận cơ cấu truyền động 58

3.2.5 Kết cấu khung máy 61

3.3 Chế tạo và lắp ráp sản phẩm 63

3.3.1 Các phương pháp gia công 63

3.3.2 Các bản vẽ chế tạo 63

3.3.3 Trình tự lắp ráp 68

3.4 Vận hành thử nghiệm 69

3.4.1 Thử nghiệm chức năng hoạt động 69

3.4.2 Thử nghiệm hiệu suất dải phân 70

CÁC KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 74

Tài liệu tham khảo 75

PHỤ LỤC 76

Các ký hiệu viết tắt

BARI Viện nông nghiệp Bangladesh (Bangladesh Agricultural Research

Institute) FDP Phân bón viên nén dúi sâu (Fertilizer Deep Placement)

IFDC Trung tâm phát triển phân bón quốc tế (International Fertilizer

Development Center) IDEVietnam Tổ chức phát triển Việt Nam

Danh mục các hình ảnh

Hình 1.1 Cách bón phân viên nén [21] 12

Hình 1.2 Nông dân Việt Nam dúi viên phân nén 13

Hình 1.3 Nông dân Bangladesh sử dụng FDP 13

Hình 1.4 Nông dân Việt Nam sử dụng FDP 13

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 16

Hình 1.6 Mẫu máy thiết kế cho Châu Phi dựa trên thiết kết của Bangladesh 16

Hình 1.7 Mẫu máy thử nghiệm dùng thìa múc 17

Hình 1.8 Hai mẫu máy dúi phân nén của Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội 18

Hình 2.1 Cấu trúc cơ bản của máy bón phân viên nén 23

Hình 2.2 Một số hình dạng viên phân bón nén 24

Hình 2.3 Máy ép phân viên nén sản xuất từ Bangladesh 25

Hình 2.4 Quả lô ép phân viên nén 25

Hình 2.5 Dụng cụ thí nghiệm xác định góc tự chảy  27

Hình 2.6 Góc tự chảy của viên phân nén 27

Hình 2.7 Dụng cụ thí nghiệm đo góc ma sát 28

Hình 2.8 Cơ cấu cấp phân dạng đĩa 30

Hình 2.9 Thực nghiệm các dạng đĩa cấp phân 31

Hình 2.10 Nguyên lý cơ cấu cấp phân dạng cam đẩy 32

Hình 2.11 Mô hình thực nghiệm cơ cấu cấp phân dạng cam đẩy 32

Hình 2.12 (a) Nguyên lý cơ cấu cấp phân dạng thìa múc;(b) Đĩa gắn thìa múc 33

Hình 2.13 Thiết bị và thực nghiệm đánh giá cơ cấu thìa múc 34

Hình 2.14 Cơ cấu cấp phân dạng gầu tải 35

Hình 2.15 Cơ cấu tách phân bằng gầu tải trên xích và thực nghiệm đánh giá 35

Hình 2.16 Mô hình thực nghiệm cơ cấu cấp phân dùng gầu tải gắn trên băng tải 36 Hình 2.17: Cơ cấu cấp phân kết hợp 38

Hình 2.18: Đĩa cấp cải tiến 38

Hình 2.19: Cơ cấu cấp phân dạng Vít me 39

Hình 2.20 Cơ cấu cấp phân kiểu piston 40

Hình 2.21 Bộ phận gieo hạt loại đĩa nghiêng [11] 41

Hình 2.22 Mô hình thực nghiệm cơ cấu cấp phân cải tiến 42

Hình 2.23 Thùng chứa phân viên nén dạng trụ tròn 43

Hình 2.24 Góc làm việc của thùng chứa 43

Hình 2.25 Lực tác dụng của đĩa múc lên viên phân nén 44

Hình 2.26 Lực tác dụng vuông góc với phương trượt của viên phân nén 45

Hình 2.27 Trọng lượng của viên phân tác dụng lên đĩa múc Error! Bookmark not defined. Hình 2.28 Biên dạng đĩa cấp phân Error! Bookmark not defined. Hình 2.29 Cơ cấu cấp phân cải tiến 48

Hình 2.30 Vị trí làm việc của máy bón phân trên ruộng lúa 49

Hình 2.31 Các dạng lưỡi rạch 50

Hình 2.32: Ống dẫn mềm 51

Hình 2.33: Bộ phận lấp phân 51

Hình 3.1 Nêm cắt đất 55

Hình 3.2 Lực tác động lên lưỡi rạch 56

Hình 3.3 Bánh xe công tác 59

Hình 3.4 Bộ truyền bánh răng trụ truyền chuyển động giữa hai trục vuông góc 60

Hình 3.5 Bánh răng côn chủ động 60

Hình 3.6 Bánh răng côn bị động 61

Hình 3.7 Bích đỡ cơ cấu cấp phân 62

Hình 3.8 Khung máy và tấm trượt 62

Hình 3.9: Phần mềm Solidworks, Autodesk Inventor 63

Hình 3.10: Bản vẽ chế tạo đĩa cấp phân Error! Bookmark not defined Hình 3.11: Bản vẽ chế tạo thùng chứa Error! Bookmark not defined. Hình 3.12: Bản vẽ chế tạo bích đỡ 64

Hình 3.13: Bản vẽ chế tạo trục bị động 65

Hình 3.14: Bản vẽ chế tạo bánh răng côn chủ động 65

Hình 3.15: Bản vẽ chế tạo bánh răng côn bị động 66

Hình 3.16: Bản vẽ chế tạo bộ phận rạch hàng và tấm trượt 66

Hình 3.17: Bản vẽ chế tạo gối đỡ 67

Hình 3.18: Bản vẽ chế tạo khung máy 67

Hình 3.19: Máy bón phân viên nén 2 hàng 68

Hình 3.20: Máy bón phân viên nén 1 hàng 69

Hình 3.21: Thực nghiệm khoảng cách dải phân 71

Hình 3.22: Khe hở giữa đĩa cấp và thùng chứa Error! Bookmark not defined.

Hình 3.23 Kết cấu thực nghiệm cơ bón phân cải tiếntrên máy bón phân gắn động

cơ 73

Hình 3.24 Thử nghiệm máy bón phân viên nén gắn động cơ 73

Danh mục các bảng, biểu Bảng Nội dung Trang Bảng 2.1: Góc tự chảy của viên phân nén 26

Bảng 2.2: Kết quả thí nghiệm xác định hệ số ma sát giữa viên phân nén và thép 27

Bảng 2.3: Kết quả thí nghiệm xác định hệ số ma sát giữa viên phân nén và tấm mica 28

Bảng 3.1: Các thông số tính toán cơ cấu cấp phân 53

Bảng 3.2: Kết quả tính toán thông số lưỡi rạch đất 55

Bảng 3.3: Thông số đặc trưng của máy 68

Bảng 3.4: Kết quả thử nghiệm dải phân trong phòng thí nghiệm (10m) 69

Chương 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

1.2 Nguyên tắc sử dụng phân bón dạng viên nén

Lợi ích từ việc sử dụng phân bón dạng viên nén (FDP) cho cây lúa đã được

khẳng định ở Việt Nam cũng như một số nước trên thế giới Đến nay, phương pháp

bón phân viên nén dúi sâu đang được nông dân Việt Nam, nông dân một số nước

khác sử dụng chủ yếu vẫn là phương pháp dúi phân bằng tay

Hình 1.1 Cách bón phân viên nén [21]

Kỹ thuật bón phân viên nén dúi sâu yêu cầu yêu cầu cứ 4 khóm lúa cách nhau

một khoảng (20 x 20) cm phải có một viên phân nén được dúi nằm sâu dưới mặt

ruộng từ 6-10 cm và cách nhau một khoảng cố định 20 cm (Xem minh họa trên hình

1.1)

Kỹ thuật bón phân đơn giản nhất, đồng thời cũng là cách thức đang được sử

dụng phổ biến hiện nay ở nước ta là: người nông dân phải bỏ sẵn viên phân vào 1

cái túi đeo bên mình, mỗi người đi 1 hàng bón dúi cho 2 hàng bên cạnh (cách 1

hàng bón dúi cho 1 hàng, cứ 4 khóm lúa bón dúi 1 viên phân nén) Một tay luôn để

khô để lấy phân đưa qua tay kia dúi sâu 6-10cm so với mặt ruộng Sau khi dúi xong,

dùng tay gạt nhẹ một lớp bùn mỏng phủ kín viên phân (Xem hình 1.2)

Hình 1.2 Nông dân Việt Nam dúi viên phân nén

Một số hình ảnh bón phân viên nén trong và ngoài nước được minh họa trên

Ở trong nước, mô hình bón phân dạng viên nén dúi sâu (Fertilizer Deep

Placement – FDP) đã được triển khai trên khắp cả nước và được đánh giá rất cao,

không những cho cây lúa [1-5] mà còn cho các loại cây khác [6,7]

Trong báo cáo thường niên tháng 9 năm 2010 [8] của tổ chức IFDC

(www.ifdc.org) về các nước có triển khai dự án áp dụng phân bón viên nén dúi sâu

(FDP) cho cây trồng, đã đưa tin về việc triển khai mô hình sử dụng FDP tại miền

Bắc Việt Nam từ năm 2000 Một số kết quả chính được tóm tắt như dưới đây

Mô hình áp dụng kỹ thuật canh tác sử dụng FDP ở miền Bắc Việt Nam từ năm

2000, đã đem lại hiệu quả kinh tế là: tăng 25% sản lượng cây trồng và giảm được

khoảng 40% lượng phân bón sử dụng Với sự thành công này, tổ chức phát triển

Việt Nam (IDE Vietnam) đã nhân rộng kỹ thuật sử dụng FDP cho khoảng 10.000

gia đình ở vùng núi của tỉnh Yên Bái

Từ năm 2003 đến nay, mô hình sử dụng FDP liên tục được phát triển và nhân

rộng ở Việt Nam, bắt đầu từ các tỉnh: Thanh Hoá, Quảng Trị, Thừa Thiên-Huế,

Quảng Nam mở rộng ra các tỉnh Lào Cai, Hà Giang, Tuyên Quang, Bắc Kan Đặc

biệt dự án sử dụng phân bón viên nén FDP có sự tham gia, ủng hộ của các cấp lãnh

đạo các tỉnh và các ban ngành liên quan cùng với sự hỗ trợ về công nghệ, nhân lực,

kinh phí của tổ chức phát triển Việt Nam (IDE Vietnam) và tổ chức CODESPA

-Tây Ban Nha

Trên thế giới, mô hình sử dụng phân viên nén dúi sâu FDP cho cây trồng không

chỉ áp dụng ở Việt Nam mà đã được nghiên cứu và ứng dụng ở rất nhiều quốc gia

trên thế giới như: Bangladesh, Combodia, India, Madagascar, Malawi, Mali, Niger,

Nigeria Trong đó, Bangladesh là quốc gia điển hình về ứng dụng mô hình sử dụng

FDP cho cây trồng, đặc biệt dự án được sự ủng hộ của chính phủ (Bộ trưởng nông

nghiệp Matia Chowdhury và các thành viên chính phủ) và Viện nông nghiệp

Bangladesh (Bangladesh Agricultural Research Institute – BARI) [8]

Năm 1980, ở nước này sản lượng gạo đạt được ở mức 10 triệu tấn thu hoạch từ

10 triệu ha Đến năm 2009, sản xuất gạo đã tăng lên đến hơn 34 triệu tấn/10 triệu

ha Từ 2009 đến 2011, diện tích sử dụng FDP tăng từ 36 000 ha đến 277 000 ha,

giảm được 40% lượng phân bón sử dụng và làm tăng năng suất cây trồng khoảng

25% đến 40% [9]

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

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

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

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;

 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

1.7 Cấu trúc của luận văn

Luận văn được bố cục thành 3 chương với các nội dung chính như sau:

Chương 1 trình bày những đặc điểm cơ bản, phương pháp sử dụng của viên

phân nén hiện nay ở Việt Nam và một số nước trên thế giới Mục tiêu nghiên cứu và

một số kết quả đạt được của đề tài cũng sẽ được giới thiệu trong chương này

Nội dung của chương 2 xoay quanh các vấn đề về xác định các yêu cầu kỹ thuật

đối của máy bón phân viên nén dúi sâu được tính toán, thiết kế, chế tạo và vận hành

thử nghiệm Các thông số cơ bản, đặc trưng quyết định các yêu cầu kỹ thuật của

máy bón phân viên nén như: đặc điểm về cơ học, vật lý của đất canh tác lúa và đặc

điểm của viên phân nén, sẽ được khảo sát, tính toán Nguyên lý hoạt động cũng

như các bộ phận của máy sẽ lần lượt được tính toán

Từ những kết quả tính toán trong chương 2, những thông số chế tạo, phương

pháp gia công chế tạo máy, vận hành thử nghiệm và cách đánh giá các kết quả thực

nghiệm là nội dung chính của chương 3 Những kết quả đạt được, những đề xuất cải

tiến kỹ thuật cũng được trình bày trong chương này

Chương 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

 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

1

3

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

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

Hình 2.2 Một số hình dạng viên phân bón nén

Hình 2.3 Máy ép phân viên nén

sản xuất từ Bangladesh

Hình 2.4 Quả lô ép phân viên nén

Nguyên lý làm việc của máy như sau: Bộ phận chính của máy gồm có 2 bộ quả

lô ép, khi máy làm việc hai trục quả lô ép quay đồng tốc nhưng ngược chiều nhau

Hỗn hợp phân dạng bột được đưa vào thùng chứa và cấp phân đều cho hai trục, khi

phân ở phía trên đường tâm trục nó được dồn vào lỗ khoan nhờ trọng lực và chiều

quay các trục ngược chiều nhau ép phân lại trong các lỗ, khi phân ở vị trí ngang tâm

trục, lực ép lớn nhất tạo ra liên kết giữa các hỗn hợp phân và hình thành viên phân

Khi phân qua tâm trục viên phân chỉ nằm ở một trục chủ động quay xuống và sau

đó rơi xuống sàng

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: viên phân nén hiện có thường có dạng “quả bàng” (xem

hình 2.2), có kích thước nằm trong khoảng 20±1mm với kích thước đường kính,

kích thước chiều cao khoảng 15±1mm

- 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:

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

Hình 2.5 Dụng cụ thí nghiệm

xác định góc tự chảy 

Hình 2.6 Góc tự chảy của viên phân nén

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

- 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

Hình 2.7 Dụng cụ thí nghiệm đo góc ma sát

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:

tan



f (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

nghiệm Alpha (độ) f tan Thí

nghiệm Alpha (độ) f tan

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

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

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

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

 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

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

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;

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

a

c

b

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

35

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

Hình 2.15 Cơ cấu tách phân bằng gầu tải trên xích và

thực nghiệm đánh giá

Hình 2.16 Mô hình thực nghiệm cơ cấu cấp phân

dùng gầu tải gắn trên băng tải

Cơ cấu cấp phân xích gắn gầu múc hiện tượng kẹt, tạo vòm viên phân đã được

cải thiện nhưng kết cấu khá phức tạp

Tuy nhiên, máy vẫn còn hiện tượng kẹt, hay bị dúi sót khi vận tốc đĩa xích lớn,

không đều Đĩa xích yêu cầu phải quay chậm, ổn định, tránh rung động làm hạt rơi

khỏi đĩa trước khi lên đến đỉnh Kết cấu bộ phận cung cấp khá phức tạp do cần

khống chế lượng viên phân trong khoang chờ múc Điều chỉnh khoảng cách dúi

phân không linh hoạt do điều chỉnh khoảng cách dúi bằng cách thay đổi tốc độ đĩa

xích, hay thay đổi số lượng gầu múc

Cơ cấu cấp phân dạng băng tải có thể múc theo phương thẳng đứng (hình

2.14a), phương nằm ngang (hình 2.14b) hoặc phương nghiêng (hình 2.14c) Dạng

kết cấu này khá đơn giản và hiệu quả làm việc tương tự với cơ cấu cấp phân dạng

thìa múc Cơ cấu cấp phân dạng này đòi hỏi phải có cơ cấu điều chỉnh quả lô để

băng tải luôn giữ được phương chuyển động

 Cơ cấu cấp phân kết hợp dạng đĩa và thìa múc

Nguyên lý hoạt động: Cơ cấu cấp phân dạng kết hợp (hình 2.17) nhằm khắc phục

vấn đề về bỏ xót, kẹt phân khi tốc độ và gia tốc của đĩa múc cơ cấu cấp phân dạng

thìa múc lớn Kết cấu gồm có: thùng chứa phân 1, đĩa cấp phân có gắn thìa 2, bộ

truyền đai 3, ống dẫn 4 và đĩa cấp phân 5

Khi làm việc, viên phân nén chứa trong thùng chứa phân sẽ được đĩa múc có

gắn thìa múc lên và chứa vào trong ống 4 Tỷ số truyền của bộ truyền đai 3 nối giữa

đĩa gắn thìa múc 2 và đĩa múc 5, được tính toán sao cho trong ống 4 luôn dự trữ

khoảng 4  8 viên phân nén

 Đánh giá

Khi tốc độ và gia tốc của đĩa múc có gắn thìa 2 lớn và xảy ra hiện tượng bỏ xót

viên phân nén, số viên phân nén dự trữ trong ống 4 sẽ cấp cho đĩa múc 5 nên giảm

được số viên phân bị bỏ xót

Tuy nhiên, biên dạng của đĩa múc 5 cũng được thiết kế cải tiến sao cho vận tốc,

gia tốc của viên phân nén trên bề mặt đĩa thay đổi tương đối đều, khắc phục được

hiện tượng bỏ xót phân của cơ cấp cấp dạng đĩa khi vận tốc và gia tốc đĩa cấp lớn

(hình 2.18)

Hình 2.17: Cơ cấu cấp phân kết hợp 1- thùng chứa phân, 2-đĩa cấp phân gắn thìa múc, 3-bộ truyền đai, 4- ống dẫn, 5- đĩa cấp phân

Hình 2.18: Đĩa cấp cải tiến

Vấn đề viên phân nén tạo vòm trong thùng chứa có thể giải quyết bằng sử dụng

cơ cấu tạo rung cưỡng bức trong thùng chứa phân 2

Nhược điểm của kết cấu này là phức tạp do sử dụng 2 bộ truyền đai, một bộ

truyền cho cấp phân và một bộ truyền cho cơ cấu rung cưỡng bức

 Cơ cấu cấp phân kiểu Vit me

 Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của cơ cấu cấp phân kiểu Vit me được minh họa trên

hình 2.19