Nghiên cứu thiết kế hoàn thiện máy ép viên phân

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 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.......... ...........i LỜI CAM ðOAN T«i xin cam ®oan r»ng ®©y lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña riªng t«i. C¸c sè liÖu, kÕt qu¶ nªu trong b¶n luËn v¨n nµy lµ trung thùc vµ ch−a ®−îc c«ng bè trong bÊt kú c«ng t×nh khoa häc nµo tr−íc ®ã. T«i xin cam ®oan r»ng c¸c th«ng tin trÝch dÉn trong b¶n luËn v¨n cña t«i ®Òu ®−îc chØ râ nguån gèc. Tác giả luận văn Nguyễn Quang Quỳnh Trường 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 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.......... ...........iii Môc lôc Lời cam ñoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục bảng v Danh mục hình vi 1 MỞ ðẦU 1 1.1 Tính cấp thiết của ñề tài. 1 1.2 Mục tiêu 3 1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài 3 1.4 Bố cục của luận văn 4 2 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 5 2.1 Tình hình sử dụng phân bón trong sản suất nông nghiệp ở Việt Nam 5 2.2 Tình hình nghiên cứu cơ giới hóa khâu bón phân viên nén 9 2.3 Tình hình nghiên cứu máy ép viên 16 3 ðỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26 3.1 ðối tượng 26 3.2 Nội dung 26 3.3 Phương pháp nghiên cứu 27 4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HOÀN THIỆN MÁY ÉP VIÊN PHÂN 34 4.1 Một số thông số cơ bản của viên phân nén. 34 4.1.1 Các thông số nguyên liệu của phân. 34 4.1.2 Hình dạng hợp lý và các thông số cơ bản của viên phân 35 4.1.3 Quan hệ giữa hệ số nén của viên phân và lực nén 36 4.2 Các giải pháp khắc phục cho máy ép viên phân 37 4.2.1 Hạn chế ăn mòn hoá học 37 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.......... ...........iv 4.2.2 Hạn chế mài mòn cơ học 38 4.2.3 Tăng năng suất của máy 41 4.3 Tính toán xác ñịnh một thông số của bộ phận chính theo phương án ñã chọn 42 4.3.1 Xây dựng biểu ñồ chu kỳ của máy 42 4.3.2 Xác ñịnh ñường kính bánh ép 56 4.3.3 Xác ñịnh ñường kính trống số chày ép và năng suất máy 60 4.3.4 Bề rộng bánh ép 63 4.3.5 Hành trình chính xác của chày ép 64 4.3.6 Xác ñịnh công suất cần thiết của máy 65 4.4 Thử nghiệm máy 66 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67 5.1 Kết luận 67 5.2 Kiến nghị 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 PHỤ LỤC 69 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.......... ...........v Danh môc b¶ng STT Tªn b¶ng Trang 2.1 Tình hình sử dụng phân bón hoá học ở Việt Nam từ 1990 – 2003 5 4.1 Một số thông số của các nguyên liệu ñưa vào máy ép 34 4.2 Một số thông số của viên phân mới (ép bằng dụng cụ thủ công) 35 4.3 Kết quả theo dõi hiện tượng ăn mòn hoá học với các vật liệu 38 4-4 Quan hệ giữa ñường kính trống, chiều dài cung nạp liệu với vận tốc quay của trống. 50 4-5 Góc nâng giới hạn của các mặt cam 52 4-6 Kết quả khảo sát quan hệ giữa ñộ dài cung l, ñường kính bánh ép Db.ép với ñộ dương cung h khi α nhận các giá trị khác nhau. 54 4.7 Giá trị các cung thao tác khi chọn ñường kính bánh ép 220mm 65 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.......... ...........vi Danh môc h×nh STT Tªn h×nh Trang 2-1 Máy dúi phân kiểu ñĩa có trục nằm ngang: 10 2-2 Máy dúi phân viên kiểu dúi trực tiếp. 11 2-3 Sơ ñồ máy bón phân dúi sâu kiểu thìa múc 13 2-4 Sơ ñồ nguyên lý ép kiểu vít 16 2-5 Sơ ñồ nguyên lý ép lô trong 17 2-6 Sơ ñồ nguyên lý và cấu tạo của máy ép lô ép ngoài 18 2-7 Viên phân ‘quả bàng’ ñược ép trên các máy ép dạng quả lô 20 2-8 Máy ép viên phân chạy bằng ñộng cơ ñiện 21 2.-9 Máy ép viên phân do Việt Nam chế tạo theo mẫu nước ngoài 21 2-10 Một số mẫu máy ép viên thuốc của Trung Quốc 22 2-11 Máy ép viên do Viện Phát triển Công nghệ Cơ ðiện thiết kế 23 2-12 Sơ ñồ nguyên lý (a) và sơ ñồ cấu tạo (b) của máy ép viên kiểu chày cối, ép bằng cam: 24 3-1 Dụng cụ ño ma sát nguyên liệu trên nhựa và trên thép 27 3-2 Xác ñịnh thời gian nạp liệu 28 3-3 Dụng cụ xác ñịnh thời gian nạp liệu 29 3-4 Sơ ñồ ño góc tự chảy của nguyên liệu 30 3-5 Dụng cụ ép viên phân mới 31 4-1 Hình dáng viên phân gần cầu 35 4-2 ðồ thị quan hệ giữa lực nén và hệ số nén khi ép viên 36 4-3 Vị trí mòn của cam cũ tại cung ép 39 4-4 Lắp con lăn ñầu chày ép 40 4-5 Sử dụng bánh ép tại cung ép 40 4-6 Hành trình khai triển của các chày ép (máy cũ) 42 4-7 Hành trình khai triển sơ bộ của các chày ép trên máy mới. 43 Trường 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). 45 4-9 Sơ ñồ bố trí ống dẫn phân 46 4-10 Sơ ñồ xác ñịnh hành trình lý thuyết của các chày theo phương thẳng ñứng 46 4-11 Hành trình thiết kế của các chày 47 4-12 Hành trình theo chiều cao của các chày ép 48 4-13 Sơ ñồ xác ñịnh góc nâng giới hạn của cam 51 4-14 Sơ ñồ xác ñịnh bán kính nhỏ nhất của bánh ép. 53 4-15 Xác ñịnh các kích thước trên phần mềm Inventor. 54 4-16 Sơ ñồ xác ñịnh lực tác dụng lên chày ép 57 4-17 ðồ thị biến thiên của Pt theo góc α 58 4-18 Xác ñịnh góc áp lực và chiều dài cung khi chiều cao nâng hạ 16mm 60 4-19 Sơ ñồ xác ñịnh số cối trên vành trống. 63 4-20 Sơ ñồ xác ñịnh bề rộng bánh ép. 64 4-21 Biểu ñồ hành trình chính xác của các chày. 65 4-22 Thử nghiệm máy ép bằng bánh ép 66 Trường 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 . Trường 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. Trường 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 Trường 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 Trường 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 2.2.1. Tình hình sử dụng phân bón Theo tổng hợp Bộ Nông nghiệp và PTNT tình hình sử dụng phân bón của nông dân Việt Nam trong những năm qua như sau: Bảng 2.1: Tình hình sử dụng phân bón hoá học ở Việt Nam từ 1990 – 2003 N P2O5 K2O NPK Năm (nghìn tấn) DT gieo trồng (nghìn ha) kg/ha N:P2O5:K2O 1990 424 97,7 20,0 9.040 57,9 1: 0,23: 0,05 1991 419 103,3 22,2 9.040 57,9 1: 0,25: 0,05 1992 519 128,8 15,9 9.752 76,1 1: 0,21: 0,03 1993 629 213,2 60,0 9.979 90,4 1: 0,34: 0,09 1994 668 205,6 35,0 10.127 89,3 1: 0,31: 0,05 1995 925 272,0 97,2 10.497 123,3 1: 0,29: 0,10 1996 841 313,0 58,0 10.929 110,9 1: 0,37: 0,07 1997 987 370,0 155,2 11.316 133,6 1: 0,37: 0,16 1998 1.012 350,0 210,0 11.730 134,0 1: 0,35: 0,21 1999 1.117 385,0 271,0 12.320 148,8 1: 0,33: 0,23 2000 1.328 496,0 410,0 12.644 176,7 1: 0,37: 0,31 2001 1.245 475,0 390,0 12.507 168,7 1: 0,38: 0,31 2002 1.250 480,0 405,0 12.764 167,3 1: 0,38: 0,32 Từ 2003 1.335 490,0 415,0 13.106 172,4 1: 0,36: 0,31 *Nguồn: Bộ nông nghiệp và PTNT. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.......... ...........6 Vào ñầu 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 ñổi mới, từ những năm 1990 ñến nay nông dân Việt Nam ñã có những thay ñổi 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). ðầu những năm 1990 tỉ lệ N: P2O5:K2O của nông dân ta bón là 1: 0,21÷ 0,34: 0,05÷ 0,09 thì ñến năm 2000 tỉ lệ ñó ñã ñược nâng lên là 1: 0,37: 0,31 và tỷ lệ ñó ñã ñược giữ ñến những năm sau. Trong khi ñó 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 ñang phát triển là: 1: 0,41: 0,23; các nước ðông Á, ðông 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 ñã xếp Việt Nam vào danh sách 20 nước bón nhiều phân trên một ñơn vị diện tích ñất canh tác trên thế giới, Việt Nam chỉ còn ñứng 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 ñưa ra thì Việt Nam bón 273 kg/ha, theo ñó nước ta còn bón nhiều hơn cả Trung Quốc (228 kg/ha), ðức và Na Uy (217 kg/ha) và Pháp (213 kg/ha). Việc bón phân cho nông nghiệp quá nhiều với hiệu quả thấp dẫn ñến tăng chi phí 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. ðể 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 ñất, các con ñường gây hao tổn, mất Trường 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. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.......... ...........8 - Làm giảm và hạn chế cỏ dại, sâu bệnh, tiết kiệm, giảm tác hại ñối 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 ñiểm: Tuy có tăng chi phí cho việc ép viên và công bón phân, nhưng hiệu quả nó mang lại lớn hơn các chi phí tăng thêm. Trên thế giới phương pháp bón phân viên nén dúi sâu ở dạng viên ñược ghi nhận là một phương pháp bón phân hợp lý mang lại hiệu quả sử dụng phân bón cao, giảm thiểu tác hại ñến môi trường và ñã ñược nghiên cứu và áp dụng từ những năm 1930. Phương pháp này ñã ñược nhiều tổ chức quốc tế ñề nghị áp dụng trên diện rộng ở các trồng lúa. Nhiều nước ở Nam Á và ðông Nam châu Á ñã chấp nhận và sử dụng phương pháp này ở các mức ñộ khác nhau. Những nước áp dụng phổ biến phương pháp này là Bangladesh, Ấn ðộ, Trung Quốc, Indonexia, Việt Nam.... Từ những năm 1970, Việt Nam cũng ñã áp dụng phương pháp này ñể bón cho lúa nhưng chưa ñược áp dụng phổ biến vì tốn nhiều lao ñộng thủ công, hiệu quả không cao. Trong những năm gần ñây ñược sự hộ trợ tích cực của các tổ chức quốc tế ñặc 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 ñược áp dụng rộng rãi. Tính ñến năm 2009 phương pháp bón phân sâu theo ñiểm ở dạng viên ñã ñược 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, ðiện Biên, Cao Bằng, Hà Giang, Bắc Ninh, Bắc Giang v.v …, với diện tích khoảng 8000÷10000ha mỗi vụ tiết kiệm khoảng 10 tỷ ñồng. Chính vì có nhiều ưu ñiểm nổi bật so với Trường 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. Trường 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. 12 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 Trường 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. 4 5 2 3 1 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 Trường 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 Trường 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 Trường 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 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.......... ...........15 nghiệm máy bón phân sử dụng viên phân mới, trên rãnh ñất và trên ñồng ruộng ñã cho thấy máy có khả năng làm việc tốt. Chất lượng làm việc của máy bón phân ñược cải thiện rõ rệt là nhờ viên phân ñã có hình dạng hợp lý nên khắc phục ñược 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 ñề cơ giới hóa khâu bón phân viên nén vẫn chưa ñược 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 “quả bàng” là: - Gây ra sự “tranh chấp” của các viên phân trong bộ phận cung cấp dẫn ñến kẹt tắc và hư hỏng viên phân. - Làm tăng ñộ không ñều về khoảng cách các viên phân trong cùng một hàng do viên phân có ñộ linh ñộng kém trong ống dẫn phân từ bộ phận cung cấp ñến rãnh rạch trên ruộng. - Gây ra hiện tượng tạo vòm của viên phân trong thùng chứa do viên phân kém linh ñộng. Nếu sử dụng viên phân có hình dạng hợp lý thì tất cả các hiện tượng trên sẽ ñều ñược khắc phục, khả năng làm việc của các bộ phận cung cấp thông dụng ñều ñược cải._. thiện. Như vây, có thể nói việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo ñược máy ép viên phân mới, tạo ra ñược viên phân có hình dạng hợp lý là bước ñi ban ñầu có tính chất quyết ñịnh, mở ñường cho việc cải thiện khả năng làm việc của các máy bón phân. ðó cũng chính 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. Trường 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, Trường 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. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.......... ...........18 Nhược ñiểm: - Viên có ñộ chặt thấp do ép theo kiểu ép ñùn, nguyên liệu ép cần có ñộ ẩm nhất ñịnh. - Phù hợp với viên nén cho thức ăn gia súc, chăn nuôi thủy sản. Không phù hợp cho ép phân viên nén. - 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 cấp liệu; 2- Trục dồn phân; 3- Trống chủ ñộng; 4- Hốc 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 ω 1 ω 2 5 3 1 4 2 Trường 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 Á có 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 Trường 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. Trường 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 Trường 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 Trường 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. Trường 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 dưới, 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. Trường 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 v hW = 60.Z.p.n = 60.10.1. 10 = 6000 (viên/giờ) Khối lượng trong 1 giờ, khi khối lượng viên phân 4g. Whkg = 6000.0,004 = 24 kg/giờ. Qua thử nghiệm máy trong ñiều kiện sản xuất, máy có một số nhược ñiểm sau: - Bộ chày cối bị ăn mòn hoá học do thường xuyên tiếp xúc với phân bón. - ðầu chày và mặt cam ép bị mài mòn cơ học nhanh do lực ép lớn trực tiếp lên mặt cam, dạng ma sát là ma sát trượt và bôi trơn khó khăn. - 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. Trường 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. Trường 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) Trường 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 R gh giới hạn nào ñó, nguyên liệu luôn ñược nạp ñầy. ω R B V Hình 3-2. Xác ñịnh thời gian nạp liệu Trường 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: V=R.ω ; 30 .npi ω = (3.2) Thời gian cần thiết ñể nạp ñầy nguyên liệu vào lỗ ñịnh lượng ñược xác ñịnh theo công thức: 30. . .gh gh B B t R R nω pi = = (3.3) Trong ñó: B – bề rộng ống nạp liệu ω - vận tốc góc của trống qua; Rgh – bán kính lớn nhất mà ứng với bán kính lỗ ñược nạp ñầy nguyên liệu. 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 Trường 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. h D γ Hình 3-4. Sơ ñồ ño góc tự chảy của nguyên liệu Trường 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: tg γ = D h2 (3.5) Kết quả thực nghiệm với các nguyên liệu phân khác nhau trên các vật liệu khác nhau ñược trình bày tại bảng 4, 5, 6, 7,8 của phụ lục. Sau khi xử lý số liệu ñược trình bày tại bảng 4.2. 3.3.5. Dụng cụ ép viên thủ công ðể có viên phân dùng trong các thí nghiệm và ño các thông số, chúng tôi ñã thiết kế và chế tạo dụng cụ ép viên (hình 3-5). Dụng cụ gồm khung 1, mặt ñỡ 2, chày dưới 3, cối 4, chày trên 5, lò xo 6, cam 7, tay ñòn 8. 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: Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.......... ...........32 viênphân bandau V Vk = (3.6) k; Hệ số nén 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: Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.......... ...........33 ∑ = = n 1i ix. n 1 x (3.7) Phương sai là: ( )∑ = − − =σ n 1i 2 i 2 xx 1n 1 (3.8) σ biểu thị sự khuếch tán của kết quả ño ñạc. 3.3.8. Sử dụng các chương trình phần mềm trợ giúp thiết kế Sử dụng phần mềm thiết kế Inventor ñể xây dụng các mô hình chi tiết từ cơ bản ñến cụ thể, có thể kiểm tra tính hợp lý của các kích thước lắp ghép và kiểm tra các cung, ñộ cao pha thao tác của hành trình ép trên ñó. Từ ñó xuất bản vẽ chi tiết ñể chế tạo ñưa vào thử nghiệm ñể kểm tra tính hợp lý của chi tiết. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.......... ...........34 4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HOÀN THIỆN MÁY ÉP VIÊN PHÂN 4.1 Một số thông số cơ bản của viên phân nén. 4.1.1. Các thông số nguyên liệu của phân. Nguyên liệu ñưa vào thực nghiệm: 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).Tỷ lệ phối trộn các loại nguyên liệu trên ñược xác ñịnh tùy theo loại ñất, loại cây trồng và thời ñiểm bón. Ở ñây tác giả thực nghiệm cho các loại phân viên nén ñó là: Phân nén ñạm Urê (N) tỷ lệ phối trộn 100% ñạm Urê, Phân nén ñạm- kali (NK) với tỷ lệ phối trộn theo khối lượng N:K là 80:20 Phân nén hỗn hợp ñạm- lân - kali (NPK) với tỷ lệ phối trộn theo khối lượng N:P:K là 42:24:34.Với Các kết quả thu ñược tương ứng với nguyên liệu ñể ép viên ñạm nén và viên NPK nén ñược cho trong bảng 4.1. Bảng 4.1. Một số thông số của các nguyên liệu ñưa vào máy ép Thông số Phân nén Urê(N) Phân nén hỗn hợp ðạm- Lân-Kali (NPK) Khối lượng thể tích, kg/m3 630 ± 7,5 838 ± 8,2 Góc ma sát trên thép 22,42 ± 1,21 30,45 ± 2,14 Góc ma sát trên nhựa 23,24 ± 1,43 31,1 ± 1,62 Thời gian nạp ñầy lỗ cối, giây 0,17 ± 0,05 0,22 ± 0,04 Lực ép cần thiết ñể tạo viên, kN 10,84 ± 1,22 14,58 ± 1,06 Hệ số nén cần thiết ñể tạo viên 1,86 ± 0,67 2,1 ± 0,46 Kết quả trong bảng trên cho thấy viên ñạm nén có tính linh ñộng cao và dễ kết dính nên lực ép cần thiết nhỏ nhất; viên NPK do tính linh ñộng thấp của nguyên liệu và khó kết dính nên lực ép cần thiết lớn nhất. Vì thế các tính toán thiết kế sẽ ñược tiến hành với ñối tượng khó khăn nhất là viên NPK nén. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.......... ...........35 4.1.2. Hình dạng hợp lý và các thông số cơ bản của viên phân Xét về mức ñộ thuận tiện cho sự làm việc của máy bón phân thì hình dạng lý tưởng của viên phân phải là hình cầu. Tuy nhiên khi ñó bộ phận ép của máy sẽ rất nhanh mòn và việc tháo viên phân khỏi ñầu ép khó khăn gây vỡ viên phân. Thương lượng giữa hình dạng hợp lý của viên phân và sự thuận tiện cho máy ép viên, chúng tôi chọn hình dạng mới của viên phân gần như hình cầu gồm một phần hình trụ và hai ñới cầu ở hai bên (hình 4-1). Hinh 4-1. Hình dáng viên phân gần cầu Trong các thử nghiệm với viên phân mới, hiện tượng “tranh chấp” tại bộ phận cung cấp không xảy ra, viên phân vẫn có tính linh ñộng cao trong khi việc tháo viên phân khỏi ñầu ép dễ thực hiện hơn. Như vậy, có thể sơ bộ kết luận hình dạng viên phân mới như ñã chọn là phù hợp. Một số thông số của viên phân mới ñược cho trong bảng 4.2. Bảng 4.2. Một số thông số của viên phân mới (ép bằng dụng cụ thủ công) Thông số Viên ñạm nén ViênNPK nén Chiều cao trung bình, mm 15,11 ±1,14 15,32 ± 1,34 ðường kính lớn nhất / chiều cao nhỏ nhất của viên phân, mm 17,3 /13,4 17,6 /13,6 Góc ñổ tự nhiên của khối viên phân, ñộ 27.83 ± 2,62 28,70 ± 2,32 Góc ma sát của viên phân trên thép, ñộ 27,11 ± 1,64 27,38 ± 1,18 Góc ma sát của viên phân trên nhựa, ñộ 28,14 ± 1,12 29,23 ± 1,02 Khối lượng trung bình của viên phân, gam 2,52 ± 0,45 3,68 ± 0,53 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.......... ...........36 4.1.3. Quan hệ giữa hệ số nén của viên phân và lực nén Sự phụ thuộc giữa lực ép viên và hệ số nén khi ép viên tuân theo quy luật như trên hình 4-2. Quan hệ giữa lực ép với hệ số nén ñối với cả 3 loại viên nén ñều có dạng giống nhau: Giai ñoạn ñầu lực ép tăng theo hệ số nén theo quy luật bậc nhất, nhưng từ một giá trị nào ñó thì lực ép tăng rất nhanh. Từ hình vẽ, có thể thấy ở mỗi hệ số nén, lực ép viên ñạm luôn nhỏ hơn lực ép viên NK, và lực ép viên NK luôn nhỏ hơn lực ép viên NPK. Nói cách khác, việc ép viên ñạm nén là nhẹ nhất, còn việc nén viên NPK là nặng nhất. Qua thử nghiệm, chúng tôi xác ñịnh ñược với hệ số nén trong khoảng 1,9 ñến 2,0 thì ñộ chặt viên phân ñã ñạt yêu cầu. Với viên phân NPK trị số lực ép tương ứng với hệ số nén này khoảng 15kN. Việc tăng hệ số nén hơn nữa là không cần thiết do lực ép tăng rất nhanh gây mòn nhanh các bề mặt làm việc và hao tổn công suất, thậm chí máy bị quá tải. Cũng vì ñặc ñiểm này, cần phải thiết kế bộ phận an toàn nhằm tránh quá tải cho hệ chày ép. Hinh 4-2. ðồ thị quan hệ giữa lực nén và hệ số nén khi ép viên Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.......... ...........37 4.2. Các giải pháp khắc phục cho máy ép viên phân 4.2.1. Hạn chế ăn mòn hoá học Hiện tượng ăn mòn hóa học là do sự tác ñộng ô xi hóa giữa các nguyên tố của viên phân (N,P,K) và các nguyên tố kim loại. ðặc biệt các bề mặt trực tiếp tiếp xúc với phân bị ăn mòn hoá học mạnh mẽ. Từ ñó chúng tôi có các giải pháp hạn chế ăn mòn hóa học như sau: - Mạ các bề mặt làm việc cần thiết. Phương án này chi phí thấp nhưng hạn chế việc ăn mòn hóa học chưa ổn ñịnh. - Dùng vật liệu chịu ăn mòn hoá học cho những chi tiết cần thiết: Như thép chống rỉ (Inox) cho chi tiết có bề mặt trực tiếp tiếp xúc với phân bón. Có một số mác thép Inox khác nhau với hàm lượng Cr, Ni trong thép khác nhau do ñó khả năng chống ăn mòn khác nhau. Vớí phương án này chi phí tăng thêm nhưng việc hạn chế sự ăn mòn hóa học tương ñối ổn ñịnh. Chúng tôi ñã tiến hành thử nghiệm các loại thép gồm: thép C, gang, thép khôg rỉ (304, 316), Nhựa, chất dẻo. Sử dụng các mẫu vật liệu ñó, ngâm 1 tháng trong khối phân bón và trong hỗn hợp nước phân sau ñó ñưa ra kiểm tra trạng thái của mẫu thử, theo dõi trong thời gian 3 tuần. Kết quả theo dõi cho kết quả cho trong bảng 4.3. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.......... ...........38 Bảng 4.3. Kết quả theo dõi hiện tượng ăn mòn hoá học với các vật liệu Vật liệu mẫu thử Hiện tượng ðánh giá chung Thép không rỉ (304, 316): (304, 316 không bị biến màu và không bị rỉ. Dùng thép 304 hoặc 316 cho chi tiết chày và cối Gang xám Không bị ăn mòn Dùng làm trống quay, Nhựa, chất dẻo Không bị ăn mòn Các chi tiết không chịu lực Thép Các bon, thép hợp kim Bị ăn mòn rất mạnh. Sau 2 ngày có nước ñen, sau 1 tuần bị ăn mòn rõ rệt Không nên sử dụng Thép C mạ kẽm nhúng Không nhận thấy kim loại cơ bản bị ăn mòn Dùng làm khung máy, trục, trống quay Thép C sơn bề mặt Không nhận thấy bị ăn mòn Dùng làm khung máy, trục, trống quay Qua thử nghiệm chúng tôi nhận thấy có thể sử dụng vật liệu gang, thép không rỉ hoặc chất dẻo ñể chế tạo các chi tiết máy. Các thử nghiệm sử dụng lớp che phủ bảo vệ bằng lớp mạ hoặc sơn chổng rỉ cũng có tác dụng bảo vệ kim loại chống ăn mòn hoá học tốt. Từ kết cấu và ñặc ñiểm làm việc của các chi tiết của máy, chúng tôi chọn vật liệu các bộ phận chính của máy như sau: - Chày cối ép làm bằng thép không rỉ có ký hiệu 304 hoặc 316 - Khung máy, trục, trống làm bằng thép nhưng ñược phủ lớp bảo vệ bằng cách mạ nhúng hoặc sơn chổng rỉ . - Các chi tiết không chịu lực ñược làm bằng nhựa. - Trống quay có thể ñúc bằng gang xám. 4.2.2. Hạn chế mài mòn cơ học Từ thử nghiệm máy ñã phát hiện tượng mòn cơ học tại các vị trí: Mặt cam, ñầu chày . Cường ñộ mài mòn thay ñổi theo vị trí, mòn mạnh nhất tại Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.......... ...........39 mặt cam ép viên thể hiện hình 4-3. Dạng ma sát gây mòn là ma sát trượt. Hình 4-3. Vị trí mòn của cam cũ tại cung ép Nguyên nhân gây mòn cơ học: Do tại vị trí tiếp xúc giữa cam và ñầu chày vừa chịu lực ép lớn tại cung ép vừa bị trượt tương ñối giữa chúng (gây ra ma sát trượt). Các hiện tượng này ñã làm cho quá trình mòn giữa các bề mặt tiếp xúc xảy ra nhanh hơn. Từ ñó chúng tôi ñề xuất các giải pháp khắc phục sau: - Gải pháp giữ nguyên kết cấu, chọn vật liệu chịu mài mòn và tăng cường bôi trơn. Phương án này giảm bớt công việc cho phần tính toán thiết kế, nhưng rất khó tìm loại vật liệu tối ưu ñể hạn chế ñược hiện tượng mài mòn. Do lực ép lớn nên ma sát trượt xảy ra tại quá trình ép lớn làm cho sự mài mòn vẫn cứ diễn ra, mặt khác với phương án này việc bôi trơn ở cam trên khó khăn. - Thay ñổi kết cấu ñể chuyển ma sát trượt thành ma sát lăn trong quá trình ép và tăng cường bôi trơn. Gồm các kết cấu sau: Vị trí mòn nhiều Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.......... ...........40 + Lắp các con lăn nhỏ ở hai ñầu chày, các con lăn này lăn chuyển ñộng trong rãnh của cam trên và cam dưới trong quá trình ép, ñược thể hiện trên hình 4-4. Lúc này phần lớn ma sát trượt trên cam và ñầu chày chuyển sang ma sát lăn. Với phương án này phải chế tạo nhiều con lăn nhỏ và lắp phía trong nó là bi và trục nối với ñầu chày cho nên kết cấu cồng kềnh, máy phức tạp, khó chế tạo. Cam ÐpChµy Ðp cã con l¨n Hình 4-4. Lắp con lăn ñầu chày ép + Thay bề mặt lồi của cam trên tại hành trình ép bằng bánh ép có trục quay ñược thể hiện trên hình 4-5, lúc này ma sát trượt ñã chuyển phần lớn sang ma sát lăn và lực ép tác dụng lên bánh ép và trục bánh ép, ñường kính bánh ép ñược tính phù hợp với chiều sâu ép và cung ép. Kết cấu ñơn giản, dễ bố trí, dễ chế tạo. Chµy Ðp B¸nh Ðp R=nh cam Hình 4-5. Sử dụng bánh ép tại cung ép Từ phân tích trên chúng tôi chọn phương án thay bề mặt lồi của cam trên tại hành trình ép bằng bánh ép có trục quay và tăng cường bôi trơn. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.......... ...........41 4.2.3. Tăng năng suất của máy Từ giải pháp thay ñổi kết cấu máy bằng cách thay bề mặt lồi của cam trên tại hành trình ép bằng bánh ép. Mặt khác năng suất lý thuyết của máy trong 1 giờ xác ñịnh theo công thức: W= 60.Z.p.n (viên/giờ), trong ñó Z là số chày, p là số chu kỳ ép sau 1 vòng quay của trống, n là số vòng quay của trống trong một phút. Từ ñó chúng tôi có các giải pháp tăng năng suất như sau: - Tăng số chu kỳ ép p trên 1 vòng quay vành cối: Làm tăng năng suất, dễ bố trí tạo khả năng cân bằng máy, có khả năng hãm máy khắc phục hiện tượng quay giật cục. Làm cho máy hoạt ñộng êm hơn. Nhưng khi tăng chu kỳ ép P sẽ làm tăng kích thước ñường kính trống, tăng chi phí công suất (do tăng số chu kỳ ép, do tăng mô men cản),.. - Tăng số lượng chày trên vành cối Z : Sẽ làm tăng năng suất máy. Nếu tăng Z mà không tăng ñường kính trống thì không ñảm bảo ñộ bền cho trống quay. Nhưng nếu tăng quá lớn thì ñường kính trống quay lớn dẫn ñến kết cấu máy cồng kềnh, tiêu hao công suất lớn nên phương án này chỉ tăng ñến một hạn mức nhất ñịnh. Do vậy chọn giải pháp tăng ñường kính trống quay ñể tăng Z. Chọn số chày là số lẻ ñể giảm._.