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

luận văn thạc sĩ, tiến sĩ, cao học, luận văn

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

NGUYỄN HỮU NĂM

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY ÉP RƠM

CỎ KHÔ LÀM THỨC ĂN DỰ TRỮ CHO TRÂU BÒ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Chuyên ngành : Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá

nông, lâm nghiệp

Mã số : 60.52.14 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Như Khuyên

HÀ NỘI - 2011

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan rằng, những số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam ñoan rằng mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này

ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày 21 tháng 11 năm 2011

Học viên

Nguyễn Hữu Năm

LỜI CẢM ƠN

ðể hoàn thành ñề tài nghiên cứu ngoài sự cố gắng của bản thân, tôi ñã nhận ñược rất nhiều sự quan tâm giúp ñỡ nhiệt tình của thầy cô, bạn bè và ñồng nghiệp và người thân

Trước tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến thầy giáo PGS.TS Trần Như Khuyên ñã tận tình hướng dẫn, giúp ñỡ tôi trong quá trình thực hiện

và hoàn thành ñề tài nghiên cứu

Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô Bộ môn Thiết bị bảo quản

và chế biến nông sản Khoa Cơ ñiện, Viện ñào tạo sau ñại học ,Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, Viện Cơ ñiện và Công nghệ sau thu hoạch, Ban Giám hiệu, các Phòng, Khoa và toàn thể cán bộ, giáo viên, công nhân viên của Trường Cao ñẳng Kỹ thuật Công nghiệp, các ñồng nghiệp, bạn bè và người thân ñã tạo mọi ñiều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 21 tháng 11 năm 2011

Tác giả

Nguyễn Hữu Năm

1.1 ðẶC ðIỂM CỦA MỘT SỐ LOẠI RƠM, CỎ KHÔ 3 1.2 YÊU CẦU CÔNG NGHỆ CỦA QUÁ TRÌNH ÉP 4 1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG MÁY ÉP RƠM CỎ KHÔ

Ở TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC 4 1.3.1 Liên hợp máy thu gom và ép cỏ 5 1.3.2 Các loại máy ép rơm tĩnh tại 7 1.4 PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC MÁY ÉP RƠM,

1.5 MỤC ðÍCH VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA ðỀ TÀI 11

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15 2.2.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 15 2.2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 16 2.2.2.1 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ñơn yếu tố 16 2.2.2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ña yếu tố 17 2.2.2.3 Phương pháp nghiên cứu tối ưu tổng quát 22

2.2.3 Xác ñịnh một số thông số của quá trình ép 25 2.2.4 Phương pháp xử lý và gia công số liệu thực nghiệm 26 Chương 3 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY ÉP RƠM,

CỎ KHÔ 29

3.1 ðẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH ÉP 29 3.1.1 ðường cong chỉ thị và ñường cong công nghệ 29 3.1.2 Những ñịnh luật cơ bản trong cơ học vật thể phân tán 30 3.1.3 Sự phân bố áp suất ép theo chiều cao của vật thể bị ép 31 3.2 PHƯƠNG TRINH CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH NÉN ÉP 34 3.3 XÁC ðỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA MÁY ÉP 38 3.3.1 Xác ñịnh chiều cao bánh ép 38 3.3.2 Xác ñịnh chiều dài khuôn ép L 39

Chương 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA MÁY

Chương 5: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 64 5.1 KẾT QUẢ XÁC ðỊNH MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ - LÝ CỦA

5.1.1 Kết quả ño hệ số ma sát của rơm, cỏ khô 64 5.1.2 ðộ ẩm của rơm, cỏ khô 64 5.1.3 Khối lượng thể tích của rơm khô ở trạng thái tự nhiên (chưa ép) 65 5.2 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 65 5.2.1 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm ñơn yếu tố 65 5.2.2 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm ña yếu tố 70 5.2.3 Kết quả thí nghiệm ứng với giá trị tối ưu của các yếu tố vào 75

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 5.1a Hệ số ma sát của rơm khô với các loại vật liệu 64 Bảng 5.1b Hệ số ma sát của cỏ khô (cỏ Voi) với các loại vật liệu 64 Bảng 5.2 Xác ñịnh khối lượng thể tích của rơm 65 Bảng 5.3 Ảnh hưởng hành trình của bàn ép h (cm) 66 Bảng 5.4 Ảnh hưởng của ñộ ẩm vật liệu ép w (%) 67 Bảng 5.5 Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu ép M(kg) 69 Bảng 5.6 Mức biến thiên và khoảng biến thiên của các yếu tố vào 70 Bảng 5.7 Ma trận và kết quả thí nghiệm theo phương án qui hoạch thực nghiệm bậc 2 Box-Wilson 71 Bảng 5.8 Các hệ số hồi quy có nghĩa của các hàm Y1 và Y2 72 Bảng 5.9 Kiểm tra tính thích ứng của mô hình toán 73 Bảng 5.10 Giá trị tối ưu của các yếu tố vào xi và các hàm Y1 và Y2 73 Bảng 5.11 Các hệ số hồi quy dạng thực 74 Bảng 5.12: Kết quả thí nghiệm ứng với giá trị tối ưu của các thông số vào 76

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.2 Các liên hợp máy thu gom và ép bánh rơm, cỏ khô (Hà Lan) 5 Hình 1.3 Các liên hợp máy thu gom và ép bánh rơm, cỏ khô (Nhật Bản) 6 Hình 1.4 Liên hợp máy thu và ép cỏ kiểu trục ép 7 Hình 1.5 Máy ép rơm cỏ ΠCM-5,0A (Liên xô cũ) 8 Hình 1.6 Máy ép rơm cỏ khô ERC-1,0 (Việt Nam) 9 Hình 2.1 Sơ ñồ nguyên lý cấu tạo của máy ép rơm cỏ khô ERC-1 12 Hình 2.2 Mô hình 3D của máy ép rơm cỏ khô ERC- 1 13 Hình 2.3 Sơ ñồ các yếu tố vào và ra của thiết bị ép 17 Hình 2.4 ðồ thị hàm mong muốn thành phần dj khi Yj bị chặn một phía 24 Hình 3.1 ðường cong chỉ thị và ñường cong công nghệ của quá trình ép 29 Hình 3.2 Sơ ñồ lực tác ñộng lên phân tố của bánh ép 31 Hình 3.3 ðặc tính phân bố mật ñộ trong bánh ép 34 Hình 3.4 ðồ thị phân bố áp suất trong khuôn ép có ñáy cố ñịnh 35 Hình 4.1 Sơ ñồ cấu tạo bộ ép 41 Hình 4.2 Kiểm tra bền cửa tháo liệu (ñáy khuôn ép) 42 Hình 4.3 Kiểm tra bền tấm ép 43 Hình 4.4 Sơ ñồ nguyên lý kết cấu hệ thống thủy lực có bình tích áp 45 Hình 4.5 Bình tích áp khí - thủy lực kiểu pittong 46 Hình 4.6 Sơ ñồ thủy lực ñiều khiển bình tích áp khí thủy lực kiểu không có

MỞ ðẦU

Những năm gần ñây, ðảng và Nhà nước ta ưu tiên ñưa chăn nuôi phát triển thành ngành sản xuất chính, trong ñó ñặc biệt ưu tiên phát triển chăn nuôi bò sữa Quyết ñịnh của Thủ tướng Chính phủ số 167/2001/Qð - TTg ngày 26/10/2001 và chính sách xuất khẩu trong nông nghiệp ñã tạo ñà phát triển và hỗ trợ rất lớn cho ngành chăn nuôi

Việc chăn nuôi trâu, bò ñược phát triển mạnh từ hộ ñến các trang trại, trung tâm Hiện nay các tỉnh như Tuyên Quang, Vĩnh Phúc, Sơn La, Hà Tây,

Tp Hồ Chí Minh, Bình Dương, ñang phát triển các cơ sở, trang trại nuôi tập trung từ 200 - 300 con ñã thu ñược hiệu quả tốt

Bò là loài vật mẫn cảm với thức ăn, khí hậu, nhất là các giống cho năng suất và chất lượng cao - thức ăn là yếu tố quyết ñịnh trên 60% hiệu quả chăn nuôi bò ðể ñáp ứng ñược việc cung cấp thức ăn một cách chủ ñộng, ổn ñịnh

và chất lượng cao, thức ăn của trâu, bò ñược chế biến công nghiệp chủ yếu có các dạng sau: viên thức ăn thô; thức ăn tổng hợp dạng bột và dạng viên; khối

ñá liếm; bánh dinh dưỡng; thức ăn ủ chua; thức ăn thô ñóng bánh ñể dự trữ, làm nguyên liệu chế biến thành miếng cỏ

ðất nước ta vốn chiếm 80% diện tích nông nghiệp,ñất nước từ nền công nghiệp, nông nghiệp lạc hâu Sản xuất nông nghiệp hầu như không có máy móc mà dựa vào sức trâu, bò là chủ yếu và nguồn thức ăn chính cho trâu,

bò là thức ăn như rơm và cây xanh, cho ñến nay với nền nông nghiệp và nền công nghiệp dần dần hiện ñai, nông nghiệp sản xuất dần dần ñược thay thế bằng máy móc,

Hệ thống sản xuất cung ứng thức ăn chăn nuôi cần ñược tổ chức ñồng

bộ, khép kín từ khâu tạo giống, sản xuất trên ñồng, thu hoạch, sơ chế, bảo quản, dự trữ cung ứng nguyên liệu, chế biến và tiêu thụ sản phẩm

Thức ăn thô xanh và khô là nguồn thức ăn chính (chiếm trên 65 %) Vào mùa vụ bò ñược cho ăn cây xanh vừa thu hoạch (trung bình một ngày cần cung cấp khoảng 25 - 40 kg cỏ tươi cho trâu, bò) Cỏ và rơm khô ngoài việc làm thức ăn chính trong thời gian trái vụ (cần từ 4 - 7 kg cho bò và 8 - 12kg cho trâu) còn ñược sử dụng làm nguyên liệu chế biến các loại thức ăn viên thô, viên tổng hợp chất lượng cao, miếng cỏ khô

Cỏ và rơm khô ở trạng thái tự nhiên có tỷ trọng bé, chiếm chỗ lớn gây khó khăn trong việc vận chuyển và bảo quản Mặt khác do ñiều bánh khí hậu nước ta nóng ẩm, mưa nhiều (nhất là các tỉnh miền núi phía Bắc có dộ ẩm cao) rơm và cỏ khô nếu bảo quản không tốt dễ bị nấm mốc, mục, giảm chất lượng, ảnh hưởng ñến sức khỏe của trâu bò nuôi Cần thiết sau khi thu hoạch chúng phải ñược nén ép lại ñể giảm thể tích nhờ ñó dễ dàng vận chuyển giảm chi phí kho chứa bảo quản

Vấn ñề cấp bách mà thực tế ñặt ra cần phải giải quyết là có một mẫu máy có thể ñáp ứng ñược nhu cầu về ñóng bánh cỏ - rơm khô, nhưng máy phải có kết cấu gọn nhẹ, dễ vận chuyển (ñến nơi có nguyên liệu) phù hợp với loại hình, quy mô sản xuất nhỏ nhờ vậy mới có thể giải quyết ñược vấn ñề giảm chi phí vận chuyển và bảo quản rơm, cỏ khô

ðể ñáp ứng ñược nhu cầu thức ăn cho chăn nuôi, từ sản xuất thức ăn thô, sơ chế thức ăn thô tại cơ sở chăn nuôi và cung ứng thức ăn dự trữ, giảm chi phí cho việc vận chuyển, phù hợp với quy mô, khả năng ñầu tư, tận dụng ñược nguyên liệu có sẵn ở ñịa phương, chúng tôi tiến hành thực hiện ñề tài:

“Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy ép rơm, cỏ khô làm thức ăn dự trữ cho

trâu bò ”

Chương 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

1.1 ðẶC ðIỂM CỦA MỘT SỐ LOẠI RƠM, CỎ KHÔ

Rơm và cỏ khô là loại thức ăn thông dụng cho trâu bò và ñược coi là loại thức ăn dự trữ về mùa ñông (hình 1.1)

Hình 1.1 Rơm khô và cỏ voi

Hình dạng của sợi rơm khô tùy thuộc vào khi thu hoạch lúa, người nông dân tiến hành tuốt lúa dưới hình thức nào: Dùng máy tuốt lúa liên hoàn hay tuốt lúa ñạp chân

- Khi sử dụng máy tuốt lúa ñạp chân, người nông dân gặt gần hết phần gốc lúa (chiều dài trung bình từ ngọn ñến phần cắt 600 - 650 mm) có ñường kính trung bình từ 4 – 6 mm (cách gốc 100 mm), sau ñó rơm ñược phơi khô thì ñường kính giảm xuống còn 3 - 5 mm, rơm vẫn còn hình dạng ban ñầu gồm nhiều ñốt chứa khí ñược ngăn cách nhau bởi các màng xốp mỏng Khi nén ép sẽ có ñộ biến dạng và ñàn hồi lớn

- Khi sử dụng máy tuốt lúa liên hoàn, người nông dân chỉ gặt phần bông lúa (chiều dài từ ngọn ñến phần cắt 300 - 400 mm) có ñường kính trung bình tại vị trí cắt từ 2 – 3 mm, hoặc nếu có cắt rơm dài ra thì khi chạy qua máy tuốt liên hoàn, rơm cũng bị dập nát Vì vậy khi nén ép, rơm dễ xếp lớp,

ñộ biến dạng và ñàn hồi ít hơn

Cỏ khô ñược ñóng bánh ở Việt Nam rất ít do lượng cỏ trồng ñược không nhiều Một số nơi trồng cỏ Voi hoặc cỏ Mỹ làm thức ăn xanh, thái ra làm thức ăn ủ chua còn thừa thì mới ñem phơi

Cỏ Voi khi thu hoạch có kích thước trung bình cách gốc 200 mm vào khoảng 8 -13 mm, thân cây dài 900 - 1500 mm, sau khi phơi kích thước giảm xuống do thân cây bị xẹp lại 5 - 10 mm, thân cây dai, dài lồng khồng nên mất nhiều công ñưa vào khuôn ép (nạp liệu)

1.2 YÊU CẦU CÔNG NGHỆ CỦA QUÁ TRÌNH ÉP

Nén ép vật liệu trong nông nghiệp là một quá trình phức tạp, bởi tính chất cơ lý tính của các ñối tượng nghiên cứu Bản thân các loại vật liệu này vừa có tính ñàn hồi và biến dạng khi chịu lực tác ñộng ở những mức ñộ và trạng thái nhất ñịnh Với các vật liệu như rơm, cỏ khô mức ñộ ñàn hồi và biến dạng phụ thuộc nhiều vào trạng thái ép của vật liệu, kết cấu bộ phận ép cũng như lực ép và thời gian ép

Khối rơm, cỏ khô sau khi ép cần phải ñược ñịnh hình, ñảm bảo ñộ bền liên kết, vững chắc có kích thước hợp lý, thuận tiện cho quá trình vận chuyển

ðể ñảm bảo rơm không hỏng trong thời gian bảo quản ñộ ẩm của rơm, cỏ khô khi ép W = 10 - 15%

Một số chỉ tiêu của bánh rơm, cỏ khô sau khi ép: Có kích thước các chiều dài, rộng, phù hợp khả năng sắp xếp vào các thùng xe vận chuyển, bảo quản Do ñó

ñể thuận tiện cho việc ñịnh lượng thức ăn, khênh vác và sắp xếp khi vận chuyển thì kích thước mỗi bánh thường ñược chọn: dài 0,6m; rộng 0,5 m; cao 0,4 m

(Hiện nay các xe thường có kích thước chiều rộng thùng xe tải : 2,2 - 2,4 m và dài 4,5 – 5,5 m cho nên với kích thước bánh như trên dễ sắp xếp)

1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG MÁY ÉP RƠM CỎ KHÔ Ở TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC

đối với nhiều nước trên thế giới, ựặc biệt là các nước công nghiệp như Tây Âu, Bắc Mỹ, đông Âu, Châu Úc, những nước có nền nông nghiệp hiện ựại thì ngành chăn nuôi và trồng trọt có quan hệ khăng khắt với nhau

Vấn ựề cơ giới hóa thu hoạch cỏ và rơm khô ựã ựạt mức ựộ khá cao Mục tiêu chắnh là có thể cơ khắ hóa toàn bộ khâu thu hoạch cỏ bao gồm: vận chuyển, bảo quản và phân phối cỏ khô

1.3.1 Liên hợp máy thu gom và ép cỏ

Trên hình 1.2 là hình ảnh một số liên hợp máy thu gom và ép cỏ (do Hà Lan chế tạo) dùng ựể thu gom và ựóng gói rơm cỏ khô

Hình 1.2 Các liên hợp máy thu gom và ép bánh rơm, cỏ khô (Hà Lan)

Cỏ sau khi cắt ựược phơi khô trên ựồng, ựược liên hợp máy thu hoạch gom lại và ép thành từng bó hình khối lập phương nhờ các máng ép Máng có tiết diện hình chữ nhật có kắch thước cao: 0,25 Ờ 0,40 m và rộng từ 0,55 Ờ

1,10 m dạng cong về phía pittông ép, phần còn lại thì thẳng ðể ñảm bảo ñộ chặt của bó cỏ, cửa ra của máng ñược làm hẹp lại

Máy ép cỏ tạo thành cuộn cỏ hình trụ lớn: Các cuộn cỏ hình trụ có ñường kính từ 1,6 -1,8 m và dài từ 1,5 - 1,7 m, trọng lượng cuộn cỏ từ 400 -

700 kg ñối với cỏ khô và 250 - 450 kg ñối với rơm

Dải cỏ ñược ñưa vào máy, cuộn dần theo ñường xoắn ốc cho tới khi ñạt ñược ñường kính mong muốn

Các máy ép trên hoạt ñộng liên tục có năng suất tương ñối cao nhưng

có cấu tạo khá phức tạp, kích thước cồng kềnh và chỉ sử dụng ñối với các ñồng cỏ, hoặc ruộng lớn, giá thành cao thích hợp với mô hình sản xuất lớn, ñồng bộ

Trên hình 1.3 là hình ảnh một số liên hợp máy thu gom và ép cỏ (do Nhật Bản chế tạo) dùng ñể thu gom và ñóng gói rơm cỏ khô

a) b) Hình 1.3 Các liên hợp máy thu gom và ép bánh rơm, cỏ khô (Nhật Bản)

Trên hình 1.4 là là sơ ñồ nguyên lý cấu tạo của liên hợp máy thu và ép

cỏ kiều con lăn ép ðây là loại máy ép có khuôn di ñộng thường sử dụng trong các máy thu hoạch cỏ, rơm liên hoàn Loại máy này có ưu ñiểm: Năng suất cao, sản phẩm ép ñược tự ñộng ñẩy ra ngoài sau một quá trình ép Tuy nhiên nó có nhược ñiểm là: phải tiêu tốn nhiều năng lượng ñể khắc phục lực

ma sát nên áp suất ép bị giảm, ép có ñộ chặt thấp

Hình 1.4 Liên hợp máy thu và ép cỏ kiểu trục ép

1 Pittông; 2 Biên; 4 Tấm bao; 4 Bánh răng lớn; 5 Bộ phận cấp liệu; 6 Tấm bao

bộ phận thu cỏ; 7 Bộ phận thu cỏ; 8 Cam; 9 Tấm chắn; 10 Xắch; 11 Bánh ựà; 12 Kim; 14 điều chỉnh kim; 14 đoạn thoát tải; 15 Xắch; 16 Bánh xe con cóc; 17 Cơ

cấu thắt nút; 18 Bánh sao ựè; 19 Buồng nén; 20 điều chỉnh ựộ nén

1.3.2 Các loại máy ép rơm tĩnh tại

Trên hình 1.5 là sơ ựồ nguyên lý cấu tạo máy ép ΠCM-5,0A dùng ựể

ép cỏ, rơm thành bó do Liên Xô cũ chế tạo

Cấu tạo gồm các bộ phận chắnh: Khung, phễu nạp liệu, bộ phận dồn cỏ, buồng tiếp nhận cỏ, buồng ép, pắttông, cơ cấu tay quanh, bộ phận giữ cỏ và băng truyền Toàn bộ cơ cấu làm việc lắp trên khung bằng kim loại tựa trên 4 bánh xe đáy của buồng ép lắp chặt với phần dưới của khung Nắp của buồng

ép lắp vào khung sao cho có thể thay ựổi chiều cao lỗ thoát của buồng ựể ựiều chỉnh ựộ chặt của máy ép

Pắtông của máy ép thực hiện 40 hành trình trong 1 phút và hình thành

bó cỏ dài 780 Ờ 830 mm, trọng lượng bó cỏ thường vào khoảng từ 30 Ờ 40 kg

với ựộ chặt ựạt ựược 250 Ờ 380 kg/m4. Việc bó cỏ ựược thực hiện bằng tay Công suất cộng cơ 26 mã lực, trọng lượng máy 1.250 kg, chiều dài máy ở vị trắ làm việc 6.120 mm, chiều rộng 1.460 mm và chiều cao là 2.677mm Hành trình pắttông 752 mm

Hình 1.5 Máy ép rơm cỏ ΠCM-5,0A (Liên xô cũ) Π

1 Phễu nạp; 2 Bộ phận dồn cỏ; 4 Hệ thống truyền ựộng chắnh; 4 Khung;

5 pittông; 6 Buồng tiếp nhận; 7 Ngàm; 8 Buồng ép; 9 đáy; 10 Nắp;

11 Bộ phận ựiều chỉnh ựộ chặt; 12 Băng truyền; 14 Cơ cấu tay quay

Quá trình làm việc của máy: Cỏ theo băng truyền vào phễu nạp, qua bộ

phận dồn cỏ từng phần cỏ ựưa vào buồng tiếp nhận Pắttông chuyển ựộng dồn chặt và ép phần cỏ vào trong buồng ép Sau ựó từng phần khối cỏ di chuyển vào buồng bó, tại ựây sau từng khoảng thời gian nhất ựịnh ta lồng dây vào ựể bó

Trong khoảng chạy không của pắttông cỏ bị ép ựược bộ phận giữ cỏ giữ lại độ chặt của cỏ trong buồng tiếp nhận tạo nên do tiết diện ngang của buồng ép giảm dần, kết quả là tăng sức cản biến dạng và tăng ma sát giữa cỏ với thành buồng

ðộ chặt ép ñiều chỉnh bằng cách thay ñổi ñộ nghiêng của thành trên buồng ép Áp lực ép phụ thuộc vào loại và ñộ ẩm của cỏ, rơm ñộ chặt ép ban ñầu Các thí nghiệm cho biết ép ở buồng có kích thước 35 – 45 cm lực ép lớn nhất không vượt quá 8.000 - 9.000 kG, khi ñó ñộ chặt của bó cỏ trong khoảng

350 – 450 kg/m3 ñể bó cỏ ñược ép trọng lượng 40 – 50 kg cần 13 – 18 ñường chạy làm việc của píttông khi cung cấp bằng tay và tới 25 ñường chạy làm việc khi cung cấp bằng máy

Trên hình 1.6 là hình ảnh máy ép rơm cỏ khô ERC-1,0 do công ty

Z-755 của quân ñội chế tạo dựa theo nguyên lý máy ép pitong ΠCM-5,0A của Liên xô (cũ)

Hình 1.6 Máy ép rơm cỏ khô ERC-1,0 (Việt Nam)

Máy có ñặc ñiểm là làm việc liên tục do ñó cho năng suất cao (khoảng

1 tấn/giờ, trọng lượng một bánh trung bình khoảng 20 kg), có thể thay ñổi kích thước khuôn ép Nhưng có nhược ñiểm là kích thước cồng kềnh, chiếm nhiều diện tích, khó di chuyển nên thường ñặt cố ñịnh, việc buộc bánh sau khi ñóng thực hiện bằng tay

Máy có công suất lớn và nạp liệu liên tục nên phải tập kết một khối lượng lớn rơm hoặc cỏ khô tại nơi ép do ñó chi phí vận chuyển cao (do rơm

hoặc cỏ khô phải ñem từ nơi khác ñến nơi ép); phải có một diện tích lớn ñể tập kết nguyên vật liệu ðiều này là không phù hợp với quy mô của nông hộ, trang trại chăn nuôi và của cả người làm dịch vụ

1.4 PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC MÁY ÉP RƠM, CỎ KHÔ

Qua việc nghiên cứu, tìm hiểu tài liệu trong và ngoài nước cũng như phân tích các ưu nhược ñiểm của từng loại máy ép hiện có, chúng tôi nhận thấy:

- ðối với thiết bị máy móc hoạt ñộng theo nguyên lý liên tục, tất cả các khâu từ nạp liệu, ép, buộc và tháo liệu ñều tiến hành tự ñộng nhờ ñó ñạt ñược năng suất cao, nhưng máy cồng kềnh, phức tạp Máy làm việc theo nguyên lý liên tục có thể ép rơm thành bó tròn hoặc khối lập phương Các máy loại này

có giá thành cao, chưa phù hợp với ñiều kiện trang bị của các trang trại chăn nuôi và người làm dịch vụ ở nông thôn hiện nay

- ðối với thiết bị máy móc hoạt ñộng theo nguyên lý không liên tục, loại này có cấu tạo ñơn giản, dễ sử dụng tuy chi phí nhiều sức lao ñộng hơn

so với máy liên tục, phụ thuộc vào trình ñộ của người thao tác, năng suất thấp

do phải nạp liệu, buộc và tháo liệu bằng tay, song nó có giá thành vừa phải, chấp nhận ñược ñối với các trang trại chăn nuôi

Về mặt tạo lực ép: có thể sử dụng hệ thống thuỷ lực và ñộng cơ thuỷ lực; ñộng cơ hộp số với hệ thống các thanh răng hoặc hệ bánh răng - trục vít Nếu sử dụng hệ thống ñộng cơ hộp số, thanh răng thì kết cấu cồng kềnh, nặng

nề Việc sử dụng hệ thống thiết bị thuỷ lực có lợi hơn do kết cấu nhỏ gọn, dễ thao tác, vận hành và sử dụng

Về mặt sử dụng năng lượng: có thể ép thủ công (bộ phận ép trục vít - bánh vít) hoặc thiết bị máy móc ñược cơ giới hoá (sử dụng ñộng cơ ñiện hay ñộng cơ diezel)

Mặt khác dựa vào nhu cầu thực tế chúng tôi lựa chọn nguyên lý ép không liên tục (khuôn ép cố ñịnh), sử dụng hệ thống thiết bị ép thuỷ lực Máy

có thể sử dụng ñộng cơ ñiện hoặc diesel

1.5 MỤC ðÍCH VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA ðỀ TÀI

1.5.1 Mục ñích nghiên cứu

Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số ñến quá trình ép rơm cỏ, khô làm cơ sở cho việc thiết kế chế tạo máy nhằm phục vụ cho việc vận chuyển bảo quản rơm cỏ khô, tạo ñiều bánh ñể triển khai áp dụng rộng rãi trong sản xuất

1.5.2 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu một số tính chất cơ lý của rơm cỏ khô có liên quan ñến quá trình ép

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của quá trình ép

- Nghiên cứu tính toán thiết kế các bộ phận chính của máy ép

- Nghiên cứu thực nghiệm xác ñịnh ảnh hưởng của một số thông số ñến năng suất và chất lượng sản phẩm ép

Chương 2 đỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 đỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

để phù hợp với quy mô sản xuất của các cơ sở sản xuất thức ăn cho trâu bò, chúng tôi chọn ựối tượng nghiên cứu của ựề tài là máy ép kiểu pittông nằm ngang (ký hiệu ERC-1) Phối hợp với Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ STH chúng ựã tắnh toán một số thông số cơ bản của quá trình ép

và tiến hành khảo nghiệm xác ựịnh một số chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật làm cơ sở thiết kế cải tiến máy ép Sơ ựồ nguyên lý thiết kế tổng thể của máy ép rơm, cỏ khô (ký hiệu ERC-1) ựược thể hiện trên hình 2.1

3 4

6

4

5

Hình 2.1 Sơ ựồ nguyên lý cấu tạo của máy ép rơm cỏ khô ERC-1

1- Phiễu cấp liêu; 2- Thân khuôn ép; 3- Rãnh luồn dây buộc; 4- đáy khuôn; 5- Gân tăng cứng; 6- Bơm dầu thủy lưc; 7- động cơ ựiện; 8- Thùng chứa dầu thủy lực; 9- Xi lanh thủy lực; 10- Hộp phân phối dầu thủy lực; 11- Bàn ép

Hình 2.2 Mô hình 3D của máy ép rơm cỏ khô ERC- 1

Thân khuôn ép có dạng hình hộp chữ nhật, tiết diện hình vuông với kắch thước trong lòng khuôn AxB = 500x600mm, ựược chế tạo bằng thép tấm dày 5 mm và ựược tăng cứng bằng các thanh thép L45x45x3 ở trên và dưới Thân khuôn ép ựược chia thành 2 buồng: buồng nạp liệu và buồng ép Buồng nạp liệu là nơi chứa vật liệu ép ban ựầu Phắa trên buồng nạp liệu là nắp khuôn ép ựược liên kết với thân khuôn ép nhờ chốt bản lề Nắp khuôn có thể

mở ra khi nạp liệu và ựóng lại khi làm việc Hai phắa của buồng nạp liệu có hàn hai tấm thép thẳng ựứng và khi nắp khuôn mở hất ra phắa sau kết hợp với hai tấm thép này sẽ hình thành phễu thuận lợi cho việc nạp liệu vào máy Buồng ép là nơi ựịnh hình dạng bánh ép với nắp ựược lắp chặt với thân khuôn

ép Hai thành bên của buồng ép có xẻ hai rãnh với chiều rộng 10mm ựể luồn 2 dây buộc ựịnh hình 4 mặt xung quanh bánh rơm ngay trong khuôn ép

đáy khuôn ép ựược lắp ở phắa cuối buồng ép nhờ 2 chốt bản lề ở phắa dưới, phắa trên có nỉa ựể bắt bu lông hãm đáy khuôn ựược chế tạo bằng thép tấm dày 10mm, mặt trong ựáy khuôn có hàn các thanh dẫn hướng tạo thành 2 hai rãnh rộng 10mm ựể luồn sẵn 2 dây buộc còn mặt ngoài ựược gia cố bằng

2 ựường gân tăng cứng ựể ựảm bảo ựộ bền của ựáy khuôn Phắa dưới của ựáy

khuôn có hàn hai nỉa nhô ra khỏi ñáy khuôn khoảng 100mm, khi nắp khuôn

mở ra, hai nỉa này tỳ vào phần dưới của thân khuôn làm cho ñáy khuôn chỉ quay ñược góc 90o, khi ñó mặt trong của nắp khuôn ngang bằng với mặt ñáy của thân khuôn ñể ñỡ bánh rơm sau khi bị ñẩy ra khỏi khuôn ép, thuận lợi cho việc buộc 2 dây ñịnh hình mặt trên và dưới của bánh rơm

Bàn ép (pít tông) ñược lắp bên trong khuôn ép thực hiện chuyển ñộng qua lại nhờ hệ thống xilanh thủy lực Bàn ép ñược chế tạo bằng thép tấm dày

15 mm, có kích thước Ae x Be = 595 x 495 mm, trên bề mặt ép có hàn 4 thanh dẫn hướng tạo thành hai rãnh có ñộ rộng 10 mm ñể luồn dây buộc Khi bàn ép dịch chuyển tới phần buồng ép thì các rãnh này trùng với 2 rãnh xẻ ở hai bên thành buồng ép

Hệ thống thủy lực gồm có xi lanh thủy lực, ñộng cơ liên kết với bơm dầu, ñường ống dẫn dầu và tay ñiều khiển

Quá trình làm việc của máy ép như sau: Mở ñáy khuôn ép luồn sẵn hai dây vào ñáy khuôn ép, sau ñó ñóng lại, tiếp tục mở nắp buồng cấp liệu và xếp rơm hay cỏ ñầy vào cả buồng cấp liệu và buồng ép ðiều khiển cho hệ thống thủy lực làm việc Bàn ép di chuyển từ trái sang phải thực hiện ép khối rơm trong buồng ép Khi ñạt ñược lực nén ép theo yêu cầu tiến hành luồn 2 dây vào 2 rãnh của bàn ép, mở ñáy khuôn ép tiến hành buộc bánh rơm ngay trong khuôn ép Sau ñó tiếp tục ñiều khiển cho bàn ép dịch chuyển ñể ñẩy bánh rơm

ra ngoài khuôn ép, ñánh tay thủy lực xả dầu về thùng, bàn ép ñược dịch chuyển về vị trí ban ñầu Tiến hành buộc ñịnh hình mặt trên và dưới bánh rơm, sau khi buộc xong, bánh rơm ñược ñưa ra ngoài Tiếp tục luồn dây vào ñáy khuôn, mở nắp buồng cấp liệu, nạp rơm mới vào khuôn ép và quá trình ép bánh rơm tiếp theo ñược lặp lại

Loại máy ép trên có ưu ñiểm:

- Có thể ñiều chỉnh ñược ñộ lèn chặt theo yêu cầu nhờ hệ thống ñiều khiển hành trình xilanh thủy lực

- Hệ số dãn nở ñàn hồi của bánh rơm nhỏ do tiến hành buộc ñịnh hình bánh rơm ngay trong khuôn ép

- Dễ nạp liệu vào máy;

- Cấu tạo ñơn giản, giá thành thấp, có thể áp dụng rộng rãi cho các hộ nông dân;

Nhược ñiểm:

- Làm việc gián ñoạn, năng suất thấp;

- Nhiều công ñoạn phải thực hiện bằng thủ công như: cấp liệu, buộc dây, dỡ khối ép khỏi khuôn, nên năng suất thấp và khó tự ñộng hóa

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.2.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

a) Phương pháp mô hình toán lý

Ứng dụng lý thuyết nén ép vật liệu rời trong khuôn ép của Xokolov A.IA, Oxobov N.G ñể xây dựng cơ sở lý thuyết của quá trình nén ép trong khuôn ép nhằm xác ñịnh một số thông số vể cấu tạo và chế ñộ làm việc làm nhằm ñịnh hướng cho việc thiết kế và triển khai nghiên cứu thực nghiệm

b) Phương pháp mô hình hóa hình học

Sử dụng phương pháp mô hình hóa hình học các kết cấu trên máy tính nhờ các chương trình phần mềm trợ giúp thiết kế:

- Chương trình phần mềm thiết kế Inventor 8: Phần mềm Autodesk Inventor mô hình hóa hình học các kết cấu trên máy tính Autodesk Inventor

là một hệ thống thiết kế cơ khí 3-D ñược xây dựng với công nghệ thích nghi (adaptive technology) cùng với các khả năng mô hình hóa khối rắn Autodesk Inventor cung cấp các công cụ cần thiết ñể thực hiện các dự án thiết kế, từ

việc vẽ phác ban đầu cho đến việc hình thành các bản vẽ kỹ thuật cuối cùng (tạo các mơ hình 3D, các bản vẽ 2D; tạo các chi tiết thích nghi, các chi tiết và bản vẽ lắp, ), Autodesk Inventor cĩ thể link với các phần mềm khác AutoCAD, Mechnical Desktop, để nhập và xuất dữ liệu

- Chương trình phần mềm phân tích thiết kế COSMOS Design STAR 4.0 của tập đồn SRAC (Mỹ) ðây là chương trình đa tài liệu kiến trúc mở, cĩ các tính năng tiên tiến của giao diện sử dụng đồ họa Windows Cấu trúc mở của COSMOS DesignSTAR cho phép phối hợp với phần mềm phân tích thứ

ba, các thiết lập của người sử dụng và các bổ sung của chương trình hỗ trợ COSMOS DesignSTAR dựa trên cơ sở hình học Parasolid cĩ thể mở trực tiếp các tệp hệ thống của CAD (phần mềm hỗ trợ thiết kế trên máy tính) Với những khả năng trên COSMOS DesignSTAR cĩ thể phân tích các chi tiết và tổng lắp được tạo ra bởi mọi hệ thống CAD (AutoCAD, Inventor, Mechanical Desktop, SolidWorks )

2.2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

2.2.2.1 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố

Áp dụng phương pháp nghiên cứu đơn yếu tố để nghiên cứu ảnh hưởng riêng của từng yếu tố vào tới các thơng số ra, qua đĩ tìm được mức biến thiên, khoảng biến thiên và khoảng nghiên cứu thích hợp của từng yếu

tố, làm cơ sở cho phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố

Nguyên tắc của phương pháp này là cố định các yếu tố khác, thay đổi một yếu tố để xác định ảnh hưởng của yếu tố biến thiên đĩ tới các thơng số ra, qua đĩ thăm dị được khoảng nghiên cứu cho phép của mỗi yếu tố [6]

Trong quá trình ép cĩ rất nhiều yếu tố làm ảnh hưởng tới năng suất, chất lượng sản phẩm ép và mức tiêu thụ năng lượng riêng Các yếu tố bao gồm: áp lực ép, độ dày của lớp vật liệu ép, tiết diện khuơn ép, hệ số ma sát của lớp vật liệu ép với khuơn ép,…

ðể lựa chọn các yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất, có thể dùng phương pháp thu thập các thông tin qua các tài liệu tham khảo và tìm hiểu ý kiến của các chuyên gia có kinh nghiệm về vấn ñề ñang nghiên cứu, nhờ ñó có thể loại bớt những yếu tố không cần thiết Cuối cùng ñã chọn ñược các yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất quá trình ép, bao gồm:

- Khối lượng thể tích của khối ép γ, Y1 (kg/m3)

- Chi phí năng lượng riêng Nr,Y2 (kWh/tấn)

Các yếu tố vào và ra của thiết bị ép ñược mô tả theo sơ ñồ hình 2.3:

a Chọn mức biến thiên và khoảng biến thiên của các yếu tố

Tiến hành chọn mức biến thiên của các yếu tố bao gồm: mức cơ sở, mức trên và mức dưới, khoảng biến thiên và khoảng nghiên cứu

ðối tượng nghiên cứu Máy ép rơm cỏ khô

Giá trị thực của các mức ñối với mỗi yếu tố ñược mã hoá theo công thức:

0

i i i

i

X X x

xi - Giá trị mã hoá của yếu tố thứ i ( i = 1 ÷ m ), m là số yếu tố, m = 3

Xi- Giá trị thực của yếu tố thứ i;

Xio- Giá trị thực ở mức cơ sở của yếu tố thứ i

εi - Khoảng biến thiên của yếu tố thứ i

Các giá trị Xit, Xi0, Xid có giá trị mã hoá là: +1, 0, -1

b Chọn phương án quy hoạch thực nghiệm

Tuỳ theo ñặc ñiểm của quá trình nghiên cứu mà mô hình toán có thể biểu diễn bởi ña thức bậc 1, bậc 2 hoặc bậc cao hơn [5],[13],[17]

Qua kết quả nghiên cứu thực nghiệm ñơn yếu tố cho ta thấy mối quan

hệ giữa các yếu tố vào với các thông số ra là không hoàn toàn tuyến tính vì vậy chúng tôi bỏ qua phương án quy hoạch thực nghiệm bậc 1 và chuyển sang phương án quy hoạch thực nghiệm bậc 2 Trong nội dung luận văn, chúng tôi

áp dụng phương pháp quy hoạch bậc 2 của Box-Wilson Ma trận thí nghiệm ñược lập theo phương án này có số thí nghiệm là:

N = 2m + Nα + N 0

Trong ñó:

2m - số thí nghiệm ở mức trên và dưới

Nα = 2m là số thí nghiệm ở mức phụ gọi là các “ñiểm sao”

N0 - số thí nghiệm ở mức cơ sở

Với m = 3 ta xác ñịnh ñược tổng số thí nghiệm là 20 thí nghiệm, bao gồm: 8 thí nghiệm ở mức trên và dưới, 6 thí nghiệm ở mức “sao”, 6 thí nghiệm ở mức cơ sở

c Xây dựng mô hình toán các hàm mục tiêu

Mô hình toán ñược biểu diễn bằng phương trình hồi quy:

u 2 iu m

1 i 5 N

1 u u

u iu

ju u iu

u 2 iu m

1 i 6 N

1 u u 5 N

1 u

u 2 iu

a

b ii

(2.7) Các hệ số aj (j = 1 ÷ 6) ñược xác ñịnh theo công thức:

p) (m 1

2) m(2

2 m N

2 m

+

− +

+

2 p m p

m

2

2.22

1

2 2 1

m

) (

1

4 5 2

2 m N

2 m

+

− +

+

2

m m

2.22

1+

Tiến hành kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số hồi quy theo tiêu chuẩn Student

1 N

) y y (

0

2 0 N

1 u u 2

N

y Y

(2.20)

ðối chiếu theo tiêu chuẩn Student với mức ý nghĩa α = 0,05, bậc tự do f

= N0 – 1 tra bảng tìm tb Các hệ số hồi quy của phương trình có nghĩa khi các

hệ số tb0 > tb, tbi > tb, tbij > tb, tbii > tb ngược lại thì vô nghĩa ta loại bỏ hệ số ñó

e Kiểm tra tính thích ứng của mô hình toán

ðể thực hiện ñược công việc kiểm tra trước hết ta phải tính phương sai thích ứng theo công thức sau:

n N

S S 1)

(N n N

y y y

y

0

B R 0

N

1 u

N

1 u

2 0 u 2

u tt 2

2 u

2 0

(y

B S

Trong ñó:

ytt- giá trị tính toán từ phương trình hồi quy

yu- giá trị trung bình của các thông số ra ở các mức

y0- giá trị trung bình của thông số ra của các thí nghiệm ở mức cơ sở n- hệ số hồi quy có nghĩa

Lập tỉ số

2 tu 2 y

S F S

= ðối chiếu với tiêu chuẩn Fisher, tra bảng tìm Fb với α = 0,05 và bậc tự

do f1 = N – K’ - (N0 - 1); f2 = N0 – 1 với K’ là số hệ số hồi quy có nghĩa

Nếu F < Fb thì mô hình bậc 2 thích ứng

Nếu F > Fb thì mô hình bậc 2 không thích ứng, ta phải chuyển sang phương án bậc cao hơn

f Chuyển phương trình hồi quy từ dạng mã sang dạng thực

ðể mô tả quá trình nghiên cứu bằng mô hình toán, thể hiện mối quan hệ giữa Yj và xi ta cần phải chuyển phương trình hồi quy từ dạng mã sang dạng thực bằng cách thay công thức (2.1) vào công thức (2-3) ta ñược công thức sau:

i j

bc

ε ε

ii

ii 2i

b c ε

f Xác ñịnh giá trị cực trị của các thông số ra

Sau khi ñã lập ñược phương trình hồi quy bậc hai Yj = f(xi) ta có thể xác ñịnh ñược giá trị cực trị của hàm Yj bằng cách ñạo hàm riêng ñối với mỗi yếu tố và cho ñạo hàm ñó bằng 0 ta sẽ ñược một hệ phương trình tuyến tính

0

j i

Y x

2.2.2.3 Phương pháp nghiên cứu tối ưu tổng quát

Phương pháp tối ưu tổng quát ñược áp dụng có hiệu quả ñể giải bài toán tối ưu tổng quát ñối với những công trình nghiên cứu có nhiều hàm mục tiêu Từng chỉ tiêu riêng biệt có tọa ñộ tối ưu riêng khác biệt Khi chọn giá trị

các thông số ñể ñạt cực trị của một chỉ tiêu nào ñó, thường làm cho các chỉ tiêu khác nhận giá trị cách xa cực trị của chúng Vấn ñề ñặt ra là thương lượng mức giá trị hợp lý của các chỉ tiêu, ñể cuối cùng có ñược giá trị tối ưu tổng hợp làm cơ sở ñể hoàn thiện quy trình công nghệ hoặc thiết kế cải tiến hệ thống thiết bị

Sau khi xác ñịnh ñược mô hình hồi quy của các hàm thành phần Yj (j

=1÷p, với p là số hàm thành phần) theo phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

ña yếu tố, tiến hành giải tối ưu tổng quát theo phương pháp của E.Harrington gồm các bước sau:

Các hàm thành phần Yj có các thứ nguyên khác nhau và chúng có thể là hàm cực ñại hay cực tiểu (tùy theo mục ñích nghiên cứu), do ñó phải ñồng nhất các hàm Yj chuyển chúng sang dạng ñặc trưng gọi là hàm mong muốn thành phần dj = f(Yj) không có thứ nguyên theo công thức sau:

Y

Y Y '

jmin(max) j0

jmin(max) j

Yj min(max)- giá trị xấu nhất trong số các giá trị thực nghiệm của hàm Yj khi dj

= 0,37, trong ñó Yj min ứng với hàm cực ñại và Yj max ứng với hàm cực tiểu

Yj0- giá trị tốt nhất hay mong muốn của hàm các hàm thành phần Yj k- hệ số ưu tiên cho những hàm (hay chỉ tiêu) quan trọng, k = 3 ÷ 5 Khi chọn k có giá trị lớn thì giá trị của các yếu tố vào càng về gần với giá trị cực trị của các hàm ñó

Khi các hàm Yj bị chặn một phía Yj < Yj max hoặc Yj > Yj min ñồ thị hàm mong muốn thành phần dj = f(Yj) ñược biểu diễn trên ñồ thị hình 2.4

Hình 2.4 ðồ thị hàm mong muốn thành phần d j khi Y j bị chặn một phía

b Lập hàm mong muốn tổng quát

Sau khi ñã có hàm thành phần dj tương ứng với Yj ta lập hàm mong muốn tổng quát D dưới dạng tích theo công thức sau:

p p

Ta nhận thấy các hàm Yj có thể có cực trị ngược nhau trong khoảng nghiên cứu của các yếu tố xi Sau khi ñồng nhất hoá các hàm dj theo công thức (2.31) thì tất cả các hàm dj ñều là những hàm có giá trị cực ñại và bị chặn một phía dj < 1 Từ ñó ta suy ra hàm D tính theo công thức (2.33) cũng là hàm

có giá trị cực ñại và bị chặn trên bởi 1 (D<1)

Sau khi xác ñịnh ñược mô hình toán của hàm D, ta cũng tiến hành giải tối ưu tương tự như tìm cực trị ñối với các hàm thành phần Yj Kết quả giải tối

ưu tổng quát ñã xác ñịnh ñược giá trị tối ưu chung của các yếu tố vào cho tất

cả các thông số ra Thay giá trị tối ưu này vào các hàm thành phần Yj, ta xác ñịnh ñược giá trị tối ưu tổng quát chung cho tất cả các thông số vào xi

2.2.3 Xác ñịnh một số thông số của quá trình ép

Khối lượng thể tích của bánh ép ñược xác ñịnh theo công thức:

b

GV

Trong ñó:

Gb- khối lượng của bánh rơm sau khi ép, kg

V- thể tích của bánh rơm sau khi ép, m3

b Phương pháp xác ñịnh thời gian ép t (s)

Thời gian ép là thời gian thực hiện xong chu trình ép bao gồm thời gian nạp liệu, thời gian ép, thời gian buộc và thời gian rỡ bánh ép ra khỏi khuôn

Mức tiêu thụ năng lượng riêng ñược xác ñịnh bằng phương pháp ño thông thường Dùng công tơ ñiện ñể ño ñiện năng tiêu thụ trong 1 lần thí nghiệm, oát kế ñể xác ñịnh công suất cần thiết các ñồng hồ ño ñiện, vôn kế, ampe kế, cosφ…

Các chỉ số này cho phép xác ñịnh ñiện áp và dòng ñiện, tính toán ñiện năng tiêu thụ ñể ñối chiếu với công tơ ñiện và oát kế Do vậy sau mỗi lần thí nghiệm các giá trị trung bình của các mức tiêu thụ ñiện năng riêng mà chúng tôi ño ñược có sai số rất bé ñể ñảm bảo ñộ tin cậy

Dùng ñồng hồ bấm giây ñể xác ñịnh thời gian ép xong 1 bánh rơm trong quá trình thí nghiệm, Gb(kg) khối lượng một mẫu Sau mỗi lần lấy mẫu thí nghiệm ta ñếm ñược số vòng quay của công tơ nct Thời gian là t (phút)

Mức tiêu thụ ñiên năng riêng là:

ct

r

b

nN

1000.240.G

= (kWh/tấn) (2.35)

1kWh = 240 vòng quay của ñĩa công tơ

2.2.4 Phương pháp xử lý và gia công số liệu thực nghiệm

Trong nghiên cứu thực nghiệm ño ñạc của máy, các kết quả ño ñạc thường là các ñại lượng ngẫu nhiên Trong kỹ thuật nông nghiệp và công nghiệp thực phẩm, xác suất tin cậy thường dùng trong khoảng 0,7 - 0,9, xác suất của dụng cụ ño trong khoảng 0,95 - 0,99 Vì vậy ñể ñảm bảo ñộ tin cậy, các thí nghiệm phải ñược lặp lại ít nhất 3 lần ðể xử lý và gia công các số liệu thí nghiệm, chúng tôi áp dụng qui tắc của lý thuyết xác xuất và thống kê toán học

Xin

)XX(

2 n

1 i

i i

α = 0,05; bậc tự do f = n – 1, khi ñó ñộ tin cậy sẽ là:

X=X±tασtb (2.39)

ðối với các số liệu nghi ngờ, cần ñược kiểm tra lại theo qui tắc3 σ Nếu:

Xnghi ngờ - Xρ> 3σ

thì loại bỏ (2.40)

b) Phương pháp gia công số liệu

Sau khi thí nghiệm cần phải tiến hành gia công số liệu theo phương pháp phân tích phương sai ñể xác ñịnh ñộ tin cậy về mức ñộ ảnh hưởng của mỗi yếu tố tới các thông số mục tiêu và tính ñồng nhất của phương sai Thuật toán của phân tích phương sai như sau:

- ðể xác ñịnh ñộ tin cậy về mức ñộ ảnh hưởng của các yếu tố cần phải tính phương sai yếu tố và phương sai thí nghiệm:

Phương sai yếu tố là tổng bình phương sai lệch của từng thí nghiệm, giữa các giá trị trung bình của tổng thể (Y ) với các giá trị trung bình của Y j

ứng với mỗi mức yếu tố xi :

1K

)Y.Y(S

k

1 j j 2

kN

).YY(S

n

1 i k

1 j

2 j ij 2

S

S

ñể kiểm nghiệm xem

2 f 1 f

bảng tiêu chuẩn Fisher (với mức ý nghĩa α = 0,05 và bậc tự do f1= k – 1, f2 =

2 f 1 f

F

không ảnh hưởng trong trường hợp ngược lại

- ðể ñánh giá tính ñồng nhất của phương sai ta phải tính phương sai thí

j

1n

).YY(S

n

1 i

2 j ij 2

Gα tra theo bảng tiêu chuẩn Coocren (với mức ý nghĩa α = 0,05 và bậc tự do f1= k – 1, f2 = N –k)

∑

=

= k

j j

j S

S G

1 2

2 max

(2.44)

Nếu b

2 f 1 f

G

G< α thì các giá trị phương sai ñược coi là ñồng nhất, không phương sai nào vượt quá nhiều so với phương sai khác, khi ñó kết quả ño ñạc ñảm bảo ñộ tin cậy

Số liệu thí nghiệm ñược xử lý trên phần mềm Excel và Irristat 4.0

Chương 3

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY ÉP RƠM,

CỎ KHÔ

3.1 ðẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH ÉP

3.1.1 ðường cong chỉ thị và ñường cong công nghệ

ðặc trưng cơ bản của quá trình ñóng bánh là sự tăng áp suất nén và giảm hệ số nén ðồ thị sự phụ thuộc ñó ñược biểu thị bằng hai ñường cong ép trên hình 3.1

- ðường cong chỉ thị: thiết lập mối quan hệ giữa chiều cao bánh trong khuôn cối và áp suất ép (ñường cong OAB) ðường cong ép OAB gồm có nhánh tải trọng OA nén vật liệu dưới áp suất bên ngoài và nhánh tháo tải trọng AB giải phóng bánh nén khỏi tác dụng của áp suất

- ðường cong ép công nghệ OD thiết lập mối quan hệ giữa chiều cao của bánh ép ñẩy từ khuôn cối ra và áp suất ép cuối cùng khi nhận ñược bánh ép

Hình 3.1 ðường cong chỉ thị và ñường cong công nghệ của quá trình ép

ðường cong chỉ thị ñặc trưng cho toàn bộ quá trình ép và cho phép nhận những số liệu ñể tính toán quá trính ép và dụng cụ ép

ðường cong công nghệ cho phép xác ñịnh áp suất cần thiết ñể nhận

ñược bánh ép có ñộ chặt ñã biết ðường cong này nằm cao hơn ñường cong thứ nhất vì biến dạng ñàn hồi của bánh ép ban ñầu dàn ñều làm giảm kích thước trung bình của nó

3.1.2 Những ñịnh luật cơ bản trong cơ học vật thể phân tán

Quá trình nén ép tuân theo những ñịnh luật trong cơ học vật thể phân tán nếu bỏ qua ma sát của vật liệu với dụng cụ ép và chấp nhận sản phẩm ép tuyệt ñối ñồng nhất

- Giới hạn bền và giới hạn chảy của vật thể phân tán ñối với một ñơn vị tiết diện tiếp xúc không phụ thuộc vào ñộ xốp của chúng:

PlnP

Trong ñó:

P, P0 - áp suất nén ñầu và cuối

0

β ,β - hệ số nén ép tương tương ứng của chúng

ψ - moñuyn ép ñặc trưng cho khả năng của sản phẩm khi bị ép chặt

dưới ảnh hưởng của áp suất ngoài, bỏ qua tổn thất áp suất do ma sát Ở trong khoảng áp suất nào ñó moñuyn ép là ñại lượng không ñổi và phụ thuộc vào loại sản phẩm, cấu trúc của nó và kích thước thành phần hạt của nó

3.1.3 Sự phân bố áp suất ép theo chiều cao của vật thể bị ép

Xét khuôn cối trụ có diện tích tiết diện F chu vi S Trong ñó có bánh ép chịu áp suất nén riêng P Xét ñiều bánh cân bằng của nguyên tố thể tích bánh

ép ở trong cối nằm cách chày ép một khoảng z (hình 3.2)

Hai mặt của phân tố bánh ép chịu áp suất Pz và Pz-dPz Trong ñó dPz là tổn thất áp suất do ma sát trong theo chiều cao của bánh ép dz

ðồng thời theo chiều ngang phát sinh áp suất bên Pxz do bánh ép không có khả năng dãn nở trong khuôn khi ép, khi ñó Pxz phát sinh ra lực ma sát riêng Tz

z xz z

f- hệ số ma sát của vật liệu với thành khuôn cối

Áp suất riêng thẳng ñứng Pz quan hệ với áp suất nằm ngang Pxz theo công thức:

xz z

Phương trình cân bằng lực theo phương thẳng ñứng ñược viết như sau:

P Pe

ξ

Trong ñó: h chiều cao bánh ép dưới áp suất riêng P

Phương trình (3.10) là phương trình phân bố áp suất ép theo chiều cao của bánh nén khi nén ép một phía Nó cũng ñược sử dụng ñể xác ñịnh tổn thất

áp suất do ma sát với thành khuôn cối Mức ñộ ép sản phẩm phụ thuộc vào áp suât riêng P và thay ñổi theo chiều cao bánh ép vì vậy ñộ nén ép ở những lớp khác nhau cũng khác nhau theo chiều cao của bánh ép áp suất càng cao thì mức ñộ lèn chặt sản phẩm càng lớn Vì vậy, áp suất nén lớn nhất của bánh ép nằm trực tiếp dưới chày ép và áp suất ép bé nhất ở trên ñáy khuôn Hiện tượng trên dẫn ñến sự phân bố mật ñộ bánh ép không ñều theo chiều cao của

nó Giảm hệ số nén của lớp phân tố vùng góc với hướng của lực ép liên quan ñến sự thay ñổi áp suất trong trường hợp ñó

Do ñó nếu coi ñộ nén ép ñầu tiên của bánh theo ñộ cao của nó là không ñổi thì:

z

0 z

0

PlnP

β − β = ψ (3.11)