Nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo máy băm cỏ voi

GIỚI THIỆU

Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, với sự gia tăng nhanh chóng của dân số toàn cầu, nhu cầu về thực phẩm từ động vật cũng tăng lên đáng kể Điều này dẫn đến việc sử dụng cỏ voi làm thức ăn cho gia súc ngày càng phổ biến và cần thiết hơn.

Chăn nuôi gia súc là phương thức hiệu quả giúp các hộ gia đình nông thôn xoá đói giảm nghèo Tuy nhiên, một trong những thách thức lớn là đảm bảo nguồn thức ăn và dinh dưỡng cho đàn gia súc với chi phí thấp, nhằm tối ưu hóa lợi nhuận cho nông dân Việc sử dụng các loại cây như cỏ voi, cây ngô, cây mía và lạc làm thức ăn cho gia súc là giải pháp hợp lý Để tận dụng tối đa giá trị dinh dưỡng từ những loại cây này, việc sử dụng máy băm thức ăn là cần thiết, giúp tiết kiệm nguồn thức ăn và thời gian cho người chăn nuôi.

Cỏ voi là nguồn thức ăn chính cho gia súc, nhưng đối với các hộ gia đình vừa và nhỏ, nguồn cung cỏ voi thường không đủ, đặc biệt trong những mùa thời tiết khắc nghiệt Điều này dẫn đến tình trạng khan hiếm thức ăn cho gia súc Thêm vào đó, thân cỏ voi rất cứng, khiến trâu bò chỉ có thể ăn phần ngọn và những phần mềm của cây Do đó, việc sử dụng máy băm cỏ voi trở thành giải pháp tối ưu cho người nông dân.

Việc để nguyên cây cho trâu bò ăn sẽ gây lãng phí, vì chúng không thể tiêu thụ phần thân cây Tuy nhiên, khi sử dụng máy nghiền, thân cây cỏ voi hoặc thân ngô được băm nhỏ, giúp trâu bò dễ dàng ăn hết mà không bỏ sót, từ đó tối ưu hóa nguồn thức ăn.

Máy băm nghiền cỏ không chỉ giúp tiết kiệm thức ăn và nâng cao chất lượng dinh dưỡng cho gia súc, mà còn giảm công sức và thời gian cho người nông dân Thay vì mất nhiều thời gian để băm nhỏ cỏ thủ công, máy băm cỏ có khả năng xử lý toàn bộ phần thân cỏ và thân ngô, giúp trâu bò tiêu thụ thức ăn hiệu quả hơn Nhờ đó, gia đình chăn nuôi có thể tối ưu hóa nguồn thức ăn và đảm bảo gia súc dễ dàng tiêu hóa.

các loại máy băm cỏ voi

1.2.1 các nghiên cứu máy băm cỏ trong nước

❖ máy băm cỏ của anh Nguyễn Văn Xưởng- “Hai lúa”:

Máy băm cỏ nặng gần 90 kg và cao khoảng 1m, được thiết kế với chỗ đưa cỏ vào và nơi đẩy cỏ ra sau khi băm Được trang bị mô tơ 2.5KW, máy có khả năng băm nát từ 1,6 đến 1,8 tấn cỏ mỗi giờ Thiết kế cải tiến với lưỡi dao thẳng và vát một bên, cùng với trục quay gắn 3 chân vịt song song với 3 lưỡi dao, giúp tăng tốc độ quay và tạo lực ly tâm để đẩy cỏ ra ngoài Máy hoạt động với tốc độ 1400 vòng/phút, chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ, và có bánh xe bên dưới để dễ dàng di chuyển Máy sử dụng điện áp 220V.

Hình 1 1 Máy băm của anh Hai lúa

1.2.2 Các nghiên cứu máy băm cỏ ngoài nước

❖ Máy cắt, băm cỏ voi KURIHARA MC1200

Máy Kurihara MC1200 là thiết bị thu hoạch hiệu quả các loại cỏ voi và thân cây ngô, phục vụ làm thức ăn cho bò Đặc điểm nổi bật của máy là tính linh hoạt, có thể lắp đặt vào nhiều loại máy công nghiệp khác nhau Nó có khả năng phối hợp với máy đóng kiện và bọc kín plastic, hoặc chỉ cần đưa sản phẩm cắt băm qua romooc để vận chuyển về kho đóng kiện.

Hàng cắt: một hoặc hai

Trọng lượng kiện tròn: khoảng từ 400kg đến 500kg

Công suất động cơ máy kéo: từ 30Hp đến 100Hp

Máy cắt và thái cỏ voi, bắp ngô (nguyên cây) có trọng lượng tĩnh từ 500kg đến 1000kg, được sử dụng để chế biến thức ăn cho bò bằng cách cắt và băm nhỏ nguyên liệu Sản phẩm sau khi thái vụn sẽ được đưa qua máy đóng kiện, giúp tạo thành các kiện thức ăn ủ dự trữ cho chăn nuôi bò Đây là một phần quan trọng trong công nghệ nuôi bò theo phương thức cung cấp thức ăn hoàn chỉnh (TMC - Total Mixed Ration) Sản phẩm có nguồn gốc từ Nhật Bản.

Hình 1 2 Máy cắt, băm cỏ voi Kurihara MC1200

❖ Máy băm cỏ voi cỡ lớn TQ9Z-30

Máy TQ9Z-30 được thiết kế để băm nhỏ các loại nguyên liệu như rơm rạ, cỏ, thân cây ngô, mía và nhiều loại cây trồng khác, phục vụ cho việc chế biến thức ăn cho gia súc như trâu, bò và hươu nai.

Máy băm cỡ lớn TQ9Z-30 có khả năng băm nhỏ cả cành cây tươi và khô, bao gồm thân cây bông, cành cây và vỏ cây Những sản phẩm này là nguyên liệu quý giá cho nhiều ngành công nghiệp như giấy, sản xuất Ethanol, ván ép, lọc dầu và nhiều lĩnh vực khác Sản phẩm có xuất xứ từ Trung Quốc.

Thông số Động cơ Động cơ phần băm (Kw) 30

Tốc độ(r/min) 1470 Động cơ phần cấp vật liệu

Kích thước đóng gói: (dài x rộng x cao) 3630x2070x2810

Trọng lượng máy không tính động cơ (kg) 2300

Số lượng lưỡi băm (cái) 3

Băng tải: Động cơ 3Kw, dài 4,5 m (cái) 1

Năng lượng sản xuất (độ dài sản phẩm 41mm)

Thân lá cây ngô tươi (độ ẩm78%) 30t/h

Thân lá cây ngô khô

Cỏ voi khô (độ ẩm 20%) 12t/h

Vỏ cây, bã mía (độ ảm

17%) 10t/h Độ dài sản phẩm Loại lắp 3 dao 18, 27, 41, 64 (mm)

Sản phẩm dược máy phun ra trong bán kính 10-15 (m)

Bảng 1 1 Thông số kỹ thuật máy băm cỡ lớn TQ9Z-30

Hình 1 3 Máy băm cỡ lớn TQ9Z-30

Máy băm cỏ 9Z-2,5 là thiết bị lý tưởng để băm cây ngô, rơm rạ, và cỏ tươi hoặc khô, phục vụ cho việc ủ chua chế biến thức ăn cho gia súc như trâu, bò, cừu, hươu, nai Ngoài ra, máy còn có khả năng băm các phụ phẩm từ nông nghiệp và lâm nghiệp, giúp tối ưu hóa quy trình chăn nuôi.

So với các loại máy băm thái cỏ khác, máy băm 9Z -2,5 rất gọn nhẹ nhưng năng suất rất cao Dễ sử dụng và bảo dưỡng cũng như sửa chữa

Khi sử dụng máy băm cỏ 9Z-2,5 các hộ chăn nuôi sẽ giảm nhân lực tăng năng suất lao động Giảm chi phí nhân công

Các nguyên lý cắt trong máy băm cỏ

▪ Dạng thùng quay kết hợp đãi cắt lắp lệch

Máy băm dạng ống được thiết kế với trống băm có lắp đặt các loại dao cong và dao thẳng, giúp tăng hiệu quả băm Bộ phận làm việc chính của máy có tốc độ hoạt động từ 350 vòng/phút, đảm bảo quy trình băm diễn ra nhanh chóng và hiệu quả.

Máy băm hoạt động với tốc độ 800 vòng/phút, trong đó các máy lắp dao thẳng có thiết kế đơn giản, chi phí thấp nhưng tiêu tốn nhiều năng lượng và gây ra rung động lớn Để khắc phục vấn đề này, các tấm bắt dao nghiêng đã được thiết kế Ngược lại, dao cong mặc dù có chi phí chế tạo cao hơn nhưng giúp giảm tiêu thụ năng lượng nhờ vào việc duy trì góc cắt trượt tối ưu trên toàn bộ bề mặt lưỡi dao Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là cỏ băm không đều.

Hình 1 5 Nguyên lí máy băm dạng ống 1,2) cặp lô cuốn; 3) dao bay (dao cong hoặc dao thẳng) 4) dao kê

Máy băm dạng đĩa sử dụng đĩa dao băm với 2 đến 4 dao cong hình lưỡi liềm hoặc dao thẳng được lắp đối xứng, cho phép dễ dàng thay đổi số lượng dao làm việc Đĩa dao không chỉ liên kết các dao mà còn đóng vai trò như bánh đà, đặc biệt là ở các máy có năng suất nhỏ.

Hình 1 6 Nguyên lý cấu tạo máy băm dao dạng đĩa 1) Băng tải cấp liệu; 2) Trục cuốn; 3) Tấm kê cắt;

4) Động cơ; 5,6) Bộ phận cắt thải; 7) Bộ phận truyền động

Máy băm dạng lô là thiết bị sử dụng lô trụ với nhiều đĩa dao (4-8 dao mỗi đĩa) để băm nguyên liệu dạng cuốn tròn Nguyên liệu được nạp vào thùng chứa quay nhờ cơ cấu bánh răng, làm cho nguyên liệu quay theo trọng lượng của nó Với động cơ nhỏ hoặc máy kéo cho năng suất lớn, lô dao quay với tốc độ 540-700 vòng/phút, giúp cắt nhỏ nguyên liệu Sau khi băm, sản phẩm được thổi ra ngoài qua quạt và ống thoát Tuy nhiên, máy này có thiết kế phức tạp và công nghệ cao, không phù hợp cho việc băm nguyên liệu chưa ép.

Hình 1 7 Máy băm dạng lô

Máy băm thùng quay kết hợp với đĩa cắt lệch tâm hoạt động bằng cách sử dụng thùng quay nhờ vào chuyển động của bánh răng, trong khi các thanh hình răng cưa giữ nguyên liệu quay cùng thùng Đĩa lắp dao được đặt lệch tâm và nghiêng so với mặt đĩa, giúp cắt nhỏ nguyên liệu và hướng sản phẩm băm về phía quạt hút Khi hoạt động với tốc độ 50-100 vòng/phút, nguyên liệu được cắt nhỏ và hút ra ngoài Thiết kế phức tạp của máy rất phù hợp cho việc cắt nguyên liệu đã được cuốn ép với độ chặt cao.

Các thành phần ảnh hưởng trong máy băm

❖ Nguyên lý cắt gọt-phay

Phay là một trong những phương pháp gia công phổ biến hiện nay, nổi bật với năng suất cao mặc dù độ chính xác và độ bóng không đạt mức tối ưu Phương pháp này cho phép gia công nhiều loại bề mặt, bao gồm mặt phẳng, mặt định hình phức tạp, rãnh then và cắt đứt.

▪ Các phương pháp phay- lực sinh ra trong quá trình phay

- Phay thuận (hình 1.9): dao quay cùng chiều với phương chuyển động cảu bàn máy mang chi tiết gia công Ưu điểm:

+ Có thành phần lực Pđ theo phương thẳng đứng đè chi tiết xuống làm tăng khả năng kẹp chặt chi tiết do đó giảm rung động khi phay

Chiều dày cắt thay đổi từ amax đến amin giúp lưỡi cắt tiếp xúc với chi tiết mà không xảy ra hiện tượng trượt, từ đó làm giảm mài mòn dao và tăng tuổi thọ của dụng cụ cắt.

Khi răng dao lần đầu tiếp xúc với chi tiết do chiều dày cắt a = amax, sẽ xảy ra va chạm đột ngột, dẫn đến nguy cơ mẻ răng dao và gia tăng rung động.

Lực nằm ngang tác động lên chi tiết trong quá trình chạy dao có thể khiến sự tiếp xúc giữa bề mặt ren của vít me và đai ốc không liên tục Hệ quả là bàn máy bị chuyển động giật cục, dẫn đến hiện tượng rung động.

- Phay nghịch (hình 1.10): dao và chi tiết chuyển động ngược chiều nhau Ưu điểm:

+ Chiều dày cắt tăng từ amin đến amax do đó lực cắt cũng tăng dần đến Pmax nên tránh được rung động do va đập

+ Thành phần lực Pn có xu hướng tăng cường sự ăn khớp giữa vít me với đai ốc đó do tránh khỏi sự rung động của bàn máy

Khi lưỡi cắt tiếp xúc với chi tiết gia công tại thời điểm chiều dày cắt a=0, hiện tượng trượt giữa lưỡi dao và chi tiết xảy ra, ảnh hưởng đến độ bóng bề mặt và gây ra mòn dao.

Thành phần lực thẳng đứng Pđ có xu hướng nâng chi tiết lên, gây ra rung động không mong muốn Do đó, việc sử dụng cơ cấu kẹp chặt là cần thiết để khắc phục hiện tượng này và đảm bảo sự ổn định trong quá trình gia công.

❖ Truyền động bánh ma sát

Truyền động bánh ma sát chuyển giao chuyển động và năng lượng cơ học thông qua ma sát phát sinh tại điểm tiếp xúc của các bánh Để tạo ra ma sát, cần phải tác động lực ép giữa các bánh ma sát.

+ Theo hình thức tiếp xúc: truyền động bánh ma sát được chia làm hai loại là bộ truyền tiếp xúc ngoài và bộ truyền tiếp xúc trong

Bộ truyền được phân loại thành hai loại chính: bộ truyền không điều chỉnh được tỉ số truyền và bộ truyền có khả năng điều chỉnh tỉ số truyền, còn được gọi là bộ biến tốc ma sát.

Lực ép trong bộ truyền ma sát là yếu tố quan trọng để tạo ra ma sát giữa các bánh ma sát Để đảm bảo ma sát hiệu quả, các bánh ma sát cần được ép chặt lại với nhau Để xác định lực ép, trước tiên cần tính toán lực pháp tuyến cần thiết cho quá trình này.

+ Lực pháp tuyến cần thiết Q: Điều kiện để bộ truyền bánh ma sát không bị trượt là: Fms≥P

Với P: lực vòng f: hệ số ma sát Q: lực pháp tuyến cần thiết N Để an toàn lấy Fms=k*P k: hệ số an toàn k= (1,25-1,5) P: lực vòng

Ta có lực ép cần thiết (S) trong trường hợp bộ truyền bánh ma sát trụ: S=Q

Lựa chọn sơ đồ nguyên lý, nguyên lý cắt và mô hình dao băm

Dựa trên những thành phần ảnh hưởng đã tìm hiểu trên và quan sát từ thực tế nhóm đã lựa chọn nguyên lý hoạt động như sau

Băm cỏ trực tiếp không trượt mang lại hiệu quả cao trong việc cắt cỏ, mặc dù phương pháp cắt trượt có ưu điểm về lực, nhưng lại khó chế tạo, thay thế và có chi phí cao Hơn nữa, lực băm cỏ trực tiếp không lớn, nhưng vẫn đảm bảo hiệu suất làm việc tốt.

- Dao được gắn vào trục quay

- Cỏ được đua vào để cắt thông qua hệ thống băng tải và rulo cuốn

Hình 1 12 Sơ đồ nguyên lý máy băm

❖ Một số thiết kế của nhóm về dao băm cỏ:

- Phương án 1 (hình 1.13): các dao gắn trực tiếp vào trục tạo 2 hàng dao đói xứng, các dao đối xứng so le nhau

- Phương án 2 (hình 1.14): dùng 2 dao dài gắn vào trục, 2 dao đối xứng nhau

Nhận xét và đánh giá:

- Phương án 1: cỏ có thể băm không đều, cỏ bị kéo và quấn vào trục, chế tạo phức tạp

- Phương án 2: dao chế tạo đơn giản, tránh tình trạng cỏ bị quấn vào trục, tuy nhiên nhưng cỏ không đèu

Qua những tìm hiểu, phân tích nhóm đã lựa chọn phương án sau: trục dao phay thành các mặt phẳng để gắn lưỡi dao bằng vít

TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ, CÔNG SUẤT VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN

Những thông số ban đầu của máy

- Lựa chọn nguyên lý cắt thái chặt không trượt

- Năng suất lý thuyết 3 (tấn/giờ)

- Độ dài sản phẩm 10-20mm

Lựa chọn động cơ và công suất máy

- Lực cắt thái cần thiết: Q (N)

Từ áp suất riêng của cạnh cắt thái: Theo công thức 2-32 trang 49 [1] q= 𝑄

Với Q: lực cắt cần thiết

∆𝑠= 25cm: là độ dài đoạn lưỡi dao cắt q@ (N/cm) (Trang 50 [1])

- Tính số vòng quay của trục cắt n (vòng/phút)

Số vòng quay trục chính là: n= 𝑁

60∗0.03∗0.25∗0.015∗3∗40070 (vòng/phút) [2.3] Với N=3 (tấn/giờ) 000kg/h a0 cm: bề dày họng thái b%cm: chiều rộng họng thái

𝛾 @0kg/cm 3 : khối lượng thể tích của cỏ k=3 dao lcm: chiều dài đoạn dao

- Công suất của trục cắt Pct= 𝑄∗𝑣

- Công suất động cơ: Pđc= 𝑃 𝑐𝑡

Số vòng quay sơ bộ của động cơ được tính bằng công thức nsb = nlv * u70 * 310 (vòng/phút), trong đó u là tỷ số truyền của bộ truyền đai Dựa vào công suất động cơ Pđc và số vòng quay sơ bộ nsb đã xác định, ta có thể lựa chọn động cơ 4A112MA6Y3 theo bảng P1.3.

Với + công suất: P=3 KW +Số vòng quay: n5 (vòng/phút) +Hiệu suất: 𝜇=0.81

Phân phối các tỷ số truyền của các bộ truyền trên động cơ

2.3.1 Tỷ số truyền thực tế của bộ truyền đai

2.3.2 Tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng

Dựa trên mối quan hệ giữa vận tốc, quảng đường, thời gian và độ dài cần thiết đoạn thái (hình 2.1)

- Vận tốc quay của trục rulo

Thời gian quay được 1/3 vòng: t= 1

Để đạt được độ dài cắt 15mm, khi dao quay 1/3 vòng, rulo cần quay để đưa cỏ vào đúng 15mm Do đó, rulo sẽ quay một cung có độ dài 15mm trong 1.3 vòng.

- Số vòng quay cần thiết của rulo: vrulo= 𝜋∗𝐷∗𝑛

 chọn nrulo(vòng/phút) Với D`mm: đường kính rulo

→Tỷ số truyền bánh răng: ubr= 𝑛 𝑙𝑣

Mặc khác theo công thức 2-104, trang 77 [1],

Tỷ số truyền lý thuyết từ trục máy đến trục cuốn: i= 2∗𝜋∗𝑟 𝑐 ∗(1−𝜀)

15∗3 =3.98 (2) [2.15] rc: bán kính trục cuốn

𝜀=0.05: độ trượt của trục cuốn lên cỏ lmm: độ dài của đoạn cắt k=3: số lưỡi dao cắt

Từ (1) và (2) lựa chọn tỷ số truyền từ trục cắt đến trục cuốn u=4

Công suất và momen xoắn trên các trục

• Momen xoắn trên các trục

90 '2705.5 (Nmm) Kết quả tính toán được:

TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN, KIỂM NGHIỆM MỘT SỐ CHI TIẾT QUAN TRỌNG

Tính toán bộ truyền đai

Tỷ số truyền 2.55 Điều kiện làm việc Quay một chiều, làm việc 2 ca

Tải va đập nhẹ, bôi trơn nhỏ giọt

Bảng 3 1Thông số ban đầu

Hình 3 1 loại tiết diện đai thang

Ta chọn đai thang là A dạng đai thường có: b1(mm) ; b(mm) h=8(mm) ; y0=2.8(mm) d10(mm)

Vận tốc của đai là:

60000 =4.9(m/s)