tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật THIẾT kế, THỬ NGHIỆM máy bón PHÂN VIÊN nén dúi sâu

Một máy bón phân viên nén hoàn chỉnh với cơ cấu cấp phân tự động, linh hoạt,đơn giản, loại bỏ được gần như hoàn toàn hiện tượng viên phân kẹt và vỡ viên phân,khoảng cách dải phân đồng đề

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-o0o -HOÀNG MẠNH CƯỜNG

THIẾT KẾ, THỬ NGHIỆM

MÁY BÓN PHÂN VIÊN NÉN DÚI SÂU

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Mã số: 60520103

Tóm tắt

Phân bón viên nén sử dụng cho cây lúa đã được nghiên cứu từ những năm 1980

ở nhiều quốc gia, đem lại hiệu quả cao hơn cách bón phân truyền thống Khảo sát vềnhu cầu sử dụng phân bón dạng viên nén cho cây lúa và máy bón phân viên nénhiện nay ở Việt Nam cho thấy nhu cầu sử dụng máy bón phân viên nén là rất lớn.Việc chế tạo máy bón phân viên nén theo các mẫu máy nước ngoài gặp khó khăn vìkhông thể áp dụng công nghệ ép nhựa tiên tiến, giá thành cao; mẫu máy không phùhợp với các dạng viên nén đang có trong nước

Bốn mô hình cơ cấu cấp phân giống các mẫu máy của nước ngoài, bao gồm cơcấu cấp kiểu thìa múc, cơ cấu cấp kiểu kiểu đĩa múc, cơ cấu múc kiểu cam cần đẩy,

cơ cấu kiểu xích tải đã được chế tạo và tiến hành đánh giá thực nghiệm Một cơ cấumới phù hợp hơn với khả năng chế tạo mà lại phù hợp hơn với các dạng viên đahình đang có trong nước đã được đề xuất, chế tạo và vận hành thử nghiệm cho kếtquả tốt

Một máy bón phân viên nén hoàn chỉnh với cơ cấu cấp phân tự động, linh hoạt,đơn giản, loại bỏ được gần như hoàn toàn hiện tượng viên phân kẹt và vỡ viên phân,khoảng cách dải phân đồng đều, kết cấu máy đơn giản, dễ vận hành, dễ bảo dưỡng,vật liệu chế tạo tại chỗ và rất sẵn ở Việt Nam; đã được thiết kế, chế tạo và vận hànhthử nghiệm thành công

Các kết quả của đề tài này có thể được sử dụng hữu ích cho những nghiên cứuthêm về máy bón phân trong tương lai để cải thiện khả năng làm việc của máy phùhợp hơn với thực tế nhiều vùng nông thôn Việt Nam

Chương 1 GIỚI THIỆU

Chương này giới thiệu những đặc điểm cơ bản, nguyên tắc sử dụng phân bón

vô cơ dạng viên nén dúi sâu (Fertilizer Deep Placement – FDP) Thực trạng sử dụngphân viên nén ở Việt Nam, ở một số nước trên thế giới và nhu cầu cơ giới hóa trongcanh tác sử dụng viên phân nén dúi sâu ở Việt Nam lần lượt được trình bày trongcác phần 1.1, 1.2 và 1.3 Một số kết quả của các công trình nghiên cứu về cơ giớihóa quá trình tạo và bón phân viên nén dúi sâu được tóm tắt trong phần 1.4 Mụctiêu nghiên cứu của đề tài này và những kết quả đạt được của đề tài sẽ được giớithiệu trong phần 1.5, 1.6 Phần cuối cùng, phần 1.7 giới thiệu cấu trúc của luận văn

1 1 Phân bón viên nén

Phân viên nén là một loại phân tổng hợp từ ba thành phần chính là Đạm, Lân vàKali; có đặc tính tan chậm trong nước, vừa đủ cho các thời kì sinh trưởng và pháttriển của cây trồng Việc sử dụng phân viên nén đảm bảo cho cây trồng vừa có đủdinh dưỡng mà lại không bị ngộ độc do phân được bón quá nhiều, đồng thời cũngđảm bảo cho phân bón không bị mất mát do bị rửa trôi hay bốc hơi

Bằng cách sử dụng phân bón viên nén hợp lý, chất dinh dưỡng trong viên phânnén sẽ tan dần, phù hợp với nhu cầu của cây trồng theo từng thời kỳ nên vừa tiếtkiệm được cả công sức, vật tư mà hiệu quả lại cao hơn cách bón phân truyền thống[1-6] Các nghiên cứu gần đây đã cho thấy, sử dụng phân viên nén dúi sâu tiết kiệmđược khoảng 30% chi phí, lượng giống giảm; hạn chế được sâu bệnh; năng suất lúacao hơn lúa bón phân thường từ 50 đến 100kg/sào Thêm nữa, loại phân viên dúisâu rất phù hợp với ruộng bậc thang, không bị rửa trôi, bốc hơi [1-5]

Hiện nay, phân bón viên nén dúi sâu dùng cho cây lúa do Bộ môn Thủy nông Canh tác, Khoa Đất-Môi trường thuộc Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội nghiêncứu, sản xuất đã được sử dụng rộng rãi ở nhiều địa phương đưa lại hiệu quả kinh tếcao

-1.2 Nguyên tắc sử dụng phân bón dạng viên nén

1.3 Thực trạng sử dụng phân bón viên nén

1.4 Nhu cầu cơ giới hóa bón phân viên nén

Nguyên tắc sử dụng phân viên nén dúi sâu cho cây lúa như đã giới thiệu trongphần 1.2, yêu cầu là cứ cách 4 khóm lúa - cách nhau một khoảng (20 x 20) cm phải

có một viên phân nằm sâu dưới mặt ruộng từ 6-10 cm và cách nhau một khoảng cốđịnh 20 cm

Như đã nêu ở phần trên, hiện nay phương pháp phổ biến nhất để bón phân viênnén cho cây lúa vẫn là phương pháp thủ công “dúi phân” bằng tay Sử dụng phươngpháp này, không chỉ người trồng lúa phải tiêu tốn rất nhiều sức lao động, thời gian

và chi phí sản xuất vì phải làm công việc giống như cấy lúa thêm lần thứ hai mà cònlàm cho việc nhân rộng mô hình sử dụng FDP cho cây lúa gặp rất nhiều khó khăn

Vì vậy, để tiết kiệm thời gian, sức lao động, chi phí, cần thiết phải có máy bón phânviên nén dúi sâu để giải phóng sức lao động, đem lại hiệu quả kinh tế cho ngườitrồng lúa

Ở các quốc gia được nhận sự hỗ trợ của tổ chức IFDC, cùng với mô hình ứngdụng phân viên nén FDP cho cây trồng là các hệ thống dây chuyền sản xuất phânviên nén và những nghiên cứu thử nghiệm máy bón phân viên nén Quốc gia đi đầutrong số các nước đang phát triển đang triển khai các dự án nghiên cứu thử nghiệmmáy bón phân viên nén là Bangladesh, đặc biệt là các dự án này có được sự ủng hộ

từ chính phủ (Xem hình 1.5)

Hình 1.5 Bộ trưởng Nông nghiệp Bangladesh và đại sứ Mỹ tại

Bangladesh trong lễ ra mắt sản phẩm máy bón phân cải tiến

Trong khoảng thời gian cuối năm 2010 và 2011, dựa trên cơ sở là những cảitiến thiết kế máy mới nhất ở Bangladesh nhóm nghiên cứu và phát triển của IFDCđứng đầu là tiến sĩ Bidjokazo Fofana, đã nghiên cứu và ứng dụng máy dúi sâu viênnén cho đất canh tác ở châu Phi [10]

Hình 1.6 Mẫu máy thiết kế cho Châu Phi dựa trên

thiết kết của Bangladesh

Các máy của tổ chức IFDC thiết kế cho Châu Phi (hình 1.6) có kết cấu rất đơngiản, nguyên lý hoạt động kiểu Piston, hoạt động dễ dàng; khối lượng máy chỉ nặngkhoảng 2kg Chi phí chế tạo máy này ước tính tại thời điểm (2010-2011) là khoảng

95 USD Đây là lựa chọn có thể chấp nhận được cho nông dân Tuy nhiên, năngsuất của máy không được cao Thao tác vận hành máy vẫn còn bán thủ công

Hình 1.7 Mẫu máy thử nghiệm dùng thìa múc

Một mẫu máy khác cũng của Bangladesh có nguyên lý sử dụng các thìa múcquay tròn để cấp phân nén được minh họa trên hình 1.7 (Nguyên tắc làm việc củamáy sẽ được phân tích trong các phần tiếp sau) Máy có kết cấu rất đơn giản, nhỏgọn, dễ chế tạo, dễ sử dụng và vật liệu chế tạo cũng rất sẵn có Tuy nhiên, thựcnghiệm cho thấy máy vẫn còn hiện tượng viên phân nén bị vỡ, bị kẹt, xuất hiện hiệntượng dúi bỏ sót khi vận tốc đĩa múc lớn, khi máy được di chuyển không đều Thêmnữa, kết cấu bộ phận cung cấp khá phức tạp do cần khống chế lượng viên phântrong khoang chờ múc

Phân tích cho thấy, có nhiều nguyên lý có thể chia tách các hạt từ đống vật liệurời (viên nén) Tuy nhiên, khó khăn chính nằm ở chỗ, phân viên nén FDP trongnước hiện nay được ép ra có hình dạng, kích thước rất không thống nhất Điều nàydẫn đến các khó khăn cho thiết kế và chế tạo bộ phận phân phối phân của máy, cụthể là:

 Gây ra sự “tranh chấp” của các viên phân nén trong bộ phận cung cấpphân làm cho phân bị kẹt, tắc và gây vỡ viên phân

 Gây ra hiện tượng khoảng cách giữa các viên phân trong cùng một hàngkhông đều do viên phân chuyển động không đều hoặc kẹt trong ống dẫnphân từ bộ phận cung cấp đến rãnh rạch trên ruộng

 Xảy ra tình trạng các viên phân tạo thành vòm trong thùng chứa do cácviên phân sắp xếp đan vào nhau rất chắc chắn, gây khó khăn cho việc tách

rời từng viên phân để cung cấp cho bộ phận bón phân.

Ở Việt Nam, trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội cũng đã triển khai các đề tàinghiên cứu, thử nghiệm về máy bón phân viên nén dúi sâu (hình 1.8) Ngày5/7/2012 Công ty cổ phần Công nghệ xanh Đại học Nông nghiệp Hà Nội cũng đã tổchức thử nghiệm máy bón phân viên nén (hình1.8) tại xã Liên Sơn- Bắc Giang [17].Tuy nhiên, đến nay các máy này vẫn chưa đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật như đãphân tích Do vậy, đến nay vẫn chưa có máy bón phân viên nén thương mại nào đápứng được yêu cầu trên thị trường Việt Nam

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

Tóm lại, lợi ích của việc bón phân dúi sâu là rất lớn Tuy nhiên, cơ giới hóa chothao tác dúi phân lại là một vấn đề chưa được giải quyết trọn vẹn Ở các nước pháttriển, việc dúi phân được thực hiện tự động, gắn liền với quá trình làm đất Tuynhiên, ở các nước đang phát triển, diện tích canh tác còn nhỏ lẻ, việc triển khai sửdụng viên nén dúi sâu gặp khó khăn ở chính khâu dúi phân vì đòi hỏi công sứcnhiều hơn bón phân vãi truyền thống Nhu cầu sử dụng máy bón phân viên nén ởcác nước đang phát triển vì vậy rất cao Tuy nhiên, cho đến nay, các tài liệu chuyênkhảo phục về tính toán, thế kế và chế tạo máy bón phân viên nén dúi sâu hầu như làkhông có

Xuất phát từ các tồn tại nêu trên, đề tài này được thực hiện nhằm tính toán,

thiết kế, chế tạo và vận hành thử nghiệm một loại máy bón phân viên nén dúi

sâu đơn giản, phù hợp với điều kiện sản xuất và vận hành ở Việt Nam.

1.5 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của đề tài là tính toán thiết kế và chế tạo thử nghiệm thành côngmột loại máy bón phân viên nén dúi sâu đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và phù hợpvới điều kiện nông thôn và miền núi Việt Nam

Các mục tiêu cụ thể là:

 Khảo sát các đặc điểm cơ học của các loại đất canh tác thông dụng;

 Thiết kế máy bón phân nén thỏa mãn các yêu cầu đầu vào về kích cỡ viênphân nén đang có; các yêu cầu đầu ra về tốc độ, chiều sâu dúi viên phân nén

và mật độ phân phối; các cơ cấu điều chỉnh các thông số vào, ra mềm dẻo;

 Chế tạo một loại máy bón phân nén và thử nghiệm trên thực tế đồng ruộngtại một số tỉnh nông nghiệp;

 Hoàn chỉnh kết cấu và quy trình sản xuất máy bón phân viên nén đạt yêucầu;

1.6 Các kết quả chính đã đạt được

Đề tài này đã đạt được mục tiêu cơ bản là thiết kế và chế tạo được một loại máybón phân viên nén hoàn chỉnh Các vấn đề cơ bản do hình dáng hình học khôngđồng đều của viên phân nén gây ra cho máy dúi phân đã được giải quyết Một số kếtquả chính của đề tài đã đạt được bao gồm:

1 Khảo sát yêu cầu thực tế nhằm xác định các thông số kỹ thuật chủ yếu để thiết

kế cho sản phẩm từ những nhu cầu của thị trường và nhu cầu về công nghệ;

2 Đã thiết kế, chế tạo và vận hành thử nghiệm một loạt các mô hình thí nghiệmbao gồm: khảo sát ảnh hưởng của các cơ cấu cấp kiểu thìa múc, cơ cấu cấp kiểukiểu đĩa múc, cơ cấu múc kiểu cam cần đẩy, cơ cấu kiểu xích tải; từ đó chọn rakiểu phân phối viên nén phù hợp với dạng viên nén có hình dáng và kích thước

 Khoảng cách giữa các viên phân trong một hàng đã được đảm bảo đều hơn.

 Không còn hiện tượng viên phân tạo thành vòm trong bộ phận chứa

 Kết cấu máy đơn giản, dễ vận hành, dễ bảo dưỡng, vật liệu chế tạo tại chỗ vàrất sẵn ở Việt Nam

4 Đã công bố được 01 bài báo trên tạp chí cấp quốc gia – tạp chí Công nghiệpnông thôn, số 9/2013

1.7 Cấu trúc của luận văn

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

2.1 Giới thiệu

Chương này giới thiệu các cơ sở và cách thức tiếp cận cho bài toán thiết kế máybón phân viên nén dúi sâu Xuất phát từ những yêu cầu sử dụng thu thập được,nhóm thiết kế tiến hành xác định các yêu cầu kỹ thuật cơ bản dùng làm mục tiêucho bài toán thiết kế Các cơ cấu hiện đang sử dụng trên thế giới để tách cấp phân

và chuyển viên phân nén xuống dưới mặt ruộng được giới thiệu, phân tích để đưa raquyết định lựa chọn cho bài toán thiết kế Một số thông số cơ học của đất và cáchtính toán lực cản của đất cũng được tóm tắt lại để tiện cho việc tham chiếu tính toánlực đẩy máy khi vận hành

Trước hết, việc xác định các yêu cầu kỹ thuật cơ bản của một máy bón phânviên nén được trình bày trong phần 2.2 Phần 2.3, 2.4 giới thiệu, phân tích đặc điểmcủa viên phân nén và các cơ cấu tách viên phân hiện có Cơ sở tính toán lực đẩy cầnthiết cho máy được trình bày trong phần 2.5

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

Các yêu cầu kỹ thuật được xác định nhằm đáp ứng các yêu cầu sử dụng thực tế.Các yêu cầu thực tế được tập hợp thông qua việc khảo sát hiện trạng bón phân viên

nén, ý kiến đề xuất của các nông dân thông qua các Sở khuyến nông, công ty sảnxuất máy nông nghiệp và ý kiến khách hàng tại các triển lãm máy nông nghiệp toànquốc Xuất phát từ các yêu cầu thực tế, một số đặc tính kỹ thuật căn bản sẽ được đềxuất để đáp ứng các yêu cầu đó.

2.2.1 Nguyên tắc cấu trúc của máy bón phân viên nén

Tham khảo một số kết cấu máy bón phân đã có và đang thử nghiệm trên thếgiới [22], có thể phân tích cấu trúc của một máy bón phân viên nén thành 3 bộ phậnchính sau đây:

Với máy bón phân dạng này, viên phân nén sẽ từ bộ phận chứa phân 1 sẽ rơivào bộ phận tách phân 2 nhờ trọng lượng của viên phân nén Viên phân nén từ bộphận tách phân sẽ đi qua ông dẫn tới bộ phận dúi phân 3 và được dúi xuống ruộng.

2.2.2 Các yêu cầu sử dụng máy bón phân viên nén

Khảo sát thực tế cho thấy, các yêu cầu sử dụng thường được đặt ra với máy bónphân viên nén bao gồm:

a Máy cần rải được phân viên nén đều, đúng khoảng cách hàng, khoảngcách bước;

b Có thể chấp nhận lỗi bón trùng (một vị trí có thể bỏ 2 viên), nhưngkhông bỏ sót vị trí;

c Máy cần gọn nhẹ để có thể dễ dàng quay đầu khi đến bờ ruộng và khônglún sâu khi vận hành;

d Khi vận hành, máy không đè hỏng cây lúa đã cấy khi bón thúc;

e Rẻ tiền;

f Dễ lau chùi, bảo dưỡng, thay thế, sửa chữa

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

Tiến hành phân tích đặc tính kỹ thuật các máy thương mại hiện có và các môhình thử nghiệm trong và ngoài nước, các chỉ tiêu kỹ thuật tương ứng sau đây đãđược đề xuất:

1) Máy có khối lượng kể cả phân viên nén không quá 10 kg nhằm đảm bảo khảnăng bê máy lên quay đầu khi đến bờ ruộng;

2) Bộ phận chia tách phân đảm bảo rời rạc hóa và cung cấp cho bộ phận dúisâu 01 viên phân nén cứ sau mỗi khoảng cách 18 cm dịch chuyển của máy;

Ta gọi thông số này là bước rải dọc;

3) Khi bón thúc cho lúa, máy chỉ di chuyển dọc theo các hàng lúa đã cấy.Khoảng cách giữa các hàng phân được bón phải cách đều và lấy theo thông

số ruộng lúa thực tế Gọi khoảng cách này là bước ngang;

4) Tỷ lệ bỏ sót các viên phân nén không quá 2%;

5) Xác suất kẹt các viên phân trong bộ phận tách phân không quá 1%;

6) Giá thành chế tạo không quá 5 triệu/ máy;

7) Các bộ phận không rỉ; dễ lau rửa;

8) Dễ chế tạo, lắp ráp và vận hành;

9) Dễ dàng sửa chữa khi cần

Căn cứ các yêu cầu kỹ thuật nêu trên, đề tài tập trung giải quyết vấn đề kỹ thuật cơbản nhất là bộ phận chia tách các viên phân Việc thử nghiệm trước hết được thựchiện cho máy đẩy tay; sau đó lắp đặt thử nghiệm cho máy chạy động cơ

2.3 Đặc điểm của phân viên nén

Phân viên nén hiện nay đang sử dụng phổ biến ở Việt Nam được sản xuất trêndây chuyền máy ép phân dạng quả lô Máy có nguồn gốc từ mẫu máy của Tổ chứcphân bón quốc tế IFDC được sản xuất tại Bangladesh

vê tròn tương đối phân để dúi xuống ruộng là được

Do hình dáng hình học đặc biệt này của viên phân nén nên ảnh hưởng rất lớnđến hoạt động cũng như kết cấu của mà máy bón phân viên nén, đặc biệt là hai bộphận chính: cơ cấu cấp phân và cơ cấu “dúi phân” Nhiều máy thử nghiệm vấp phảivấn đề tách đều từng viên ra khỏi đống và kẹt phân khi vận hành nên đã có một số

đề xuất là phải sản xuất riêng loại viên nén dùng cho máy bón phân

Đề tài này tiếp cận theo hướng: Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm cơ cấu tách và

dẫn viên phân nén hiện có đạt yêu cầu tách đều và không kẹt; nhằm sử dụng được

nhiều loại viên phân nén khác nhau đang có trên thị trường Trước hết, một số đặcđiểm của viên phân nén thực tế đang có trên thị trường được xác định và dùng làm

cơ sở cho các thiết kế máy.

Đặc điểm về hình học, vật liệu của viên phân nén sẽ quyết định nguyên lý hoạtđộng cũng như kết cấu của cơ cấu cấp phân Các thông số cơ bản của viên phân néncần xác định là: Hình dáng hình học, góc tự chảy và hệ số ma sát của viên phân vớivật liệu thùng chứa

- Hình dáng hình học

- Góc tự chảy: khi các viên phân nén được đổ lên một tấm phẳng qua một phễu

bằng nhựa, quá trình đổ từ từ cho đến khi tạo thành hình nón Góc tự chảy  là góc

đổ tự nhiên của viên phân nén FDP Công thức xác định góc tự chảy có thể viết:

cơ cấu cấp phân.

Để xác định góc tự chảy của các viên phân thông dụng hiện thời, tiến hành thínghiệm đổ từ từ các viên phân thành đống có kích thước đường kính và chiều caođống khác nhau Tiến hành đo các kích thước và thống kê các kết quả như minh họatrong bảng 2.1

Bảng 2.1 Xác định góc tự chảy của viên phân nén

của máy cần được xác định thực nghiệm nhằm xét đến cả hình dạng, nhẵn bề mặt và

độ ẩm thông thường của các viên phân Giả thiết là các viên phân được bảo quảntrong bao gói của nhà sản xuất Các thí nghiệm được tiến hành trong điều kiệnthông thường về độ ẩm Sơ đồ thí nghiệm được minh họa trên hình 2.7

Góc ma sát được thực hiện bằng cách nâng dần tấm trượt cho đến khi viên phânnén bắt đầu chuyển động đi xuống thì dừng lại Giá trị góc nghiêng của tấm trượtđược xác định nhờ thước chia độ gắn ngay trên giá Gọi góc nghiêng này là , hệ số

ma sát có thể tính theo công thức sau:



tan



f (2.2)Các thí nghiệm được tiến hành với hai loại vật liệu dự định sẽ dùng chế tạo máybón phân là thép và mica

Số liệu thống kê các thí nghiệm xác định hệ số ma sát giữa viên phân nén và tấmthép được trình bày trong bảng 2.2; ma sát giữa viên phân và tấm mica được trìnhbày trong bảng 2.3

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

Thí

nghiệm Alpha (độ) f tan

Thínghiệm Alpha (độ) f tan

Hệ số ma sát giữa viên phân nén và thép được lấy trung bình f = 0,58 để phục

vụ các bước tính toán, thử nghiệm sau này

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

Thí

nghiệm Alpha (độ) f tan

Thínghiệm Alpha (độ) f tan

1 28,6 0,546 11 28,6 0,546

Hệ số ma sát giữa viên phân nén và thép được lấy trung bình f = 0,56 để phục

vụ các bước tính toán, thử nghiệm sau này

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

Nguyên lý hoạt động chung của máy bón phân viên nén là tách các viên phân từthùng chứa phân ra từng viên và lần lượt cấp cho bộ phận bón phân Cơ cấu tách vàcấp phân phải thực hiện tốt các chức năng sau:

- Tách rời từng viên phân ra khỏi thùng chứa một cách đều đặn và liên tục;

- Vận chuyển từng viên phân để cấp sang cho bộ phận bón phân

Dưới đây sẽ khảo sát một số cơ cấu khả dĩ đáp ứng các yêu cầu chức năng trên Để

đánh giá hiệu quả vận hành của từng cơ cấu, mỗi dạng cơ cấu đều được nhóm tác

giả chế tạo một mô hình thực để thử nghiệm Các nội dung trình bày đều bao gồm

nguyên tắc hoạt động của cơ cấu – được tham khảo từ các tài liệu và phần đánh giá

thử nghiệm có được từ cơ cấu thử nghiệm tự chế tạo.

Các kiểu kết cấu tách và cấp phân được khảo sát bao gồm: cơ cấu cấp phân dạngđĩa, cơ cấu cấp phân dạng thìa múc, cơ cấu cấp phân dạng cam, cơ cấu cấp phândạng vít me, cơ cấu cấp dạng băng tải, cơ cấu cấp phân dạng piston

 Cơ cấu cấp phân dạng đĩa

Nguyên lý hoạt động của cơ cấu cấp phân dạng đĩa được trình bày trên hình 2.8

Hình 2.8 Cơ cấu cấp phân dạng đĩa 1- thùng chứa phân, 2- chổi quét, 3- đĩa cấp phân, 4- ống dẫn

Với cơ cấu cấp phân dạng này, viên phân nén sẽ từ thùng chứa 1 sẽ rơi vào đĩacấp phân 2 nhờ trọng lượng của viên phân nén Trong quá trình làm việc viên phânnén sẽ rơi vào trong rãnh của đĩa cấp cho đến khi đĩa cấp quay đến cửa ra ở vị tríống dẫn và rơi xuống ống dẫn Chổi quét 3 có tác dụng ngăn không cho phân bị kẹtgiữa thùng chứa 1 và đĩa cấp 2, đồng thời làm sạch vụn bám trên mặt đĩa cấp 2

 Đánh giá

Hình 2.8 minh họa 2 dạng đĩa đã được chế tạo và thực nghiệm đánh giá chứcnăng Hình 2.8a là đĩa chế tạo theo đúng kết cấu gốc; hình b là đĩa được cải tiến đểtăng khả năng lấy phân và giảm kẹt cho viên phân, hình 2.8c minh họa thực nghiệmkiểm tra khả năng chống kẹt viên phân nén

Hình 2.9 Thực nghiệm các dạng đĩa cấp phân

Ưu điểm của kết cấu này là việc chế tạo đĩa khá đơn giản; rất phù hợp cho sảnxuất loạt cũng như bảo trì, bảo dưỡng máy sau này Tuy nhiên, kết quả thử nghiệm

cho thấy cơ cấu cấp phân dạng đĩa này làm việc kém hiệu quả Thứ nhất, do viênphân nén có hiện tượng “tranh chấp” nhau để rơi vào rãnh của đĩa cấp phân, dẫnđến viên phân nén dễ bị vỡ, kẹt Thứ hai, do viên phân dạng “quả bàng” nên gây rahiện tượng tạo vòm trong thùng chứa 1 Nếu có thể tách phân sơ bộ thành dòng liêntục như hình 2.8c sẽ hiệu quả hơn Ý tưởng này được triển khai cho sơ đồ cơ cấu kếthợp, sẽ được trình bày trong phần sau

Mặt khác, khi tốc độ quay của đĩa và gia tốc của đĩa lớn sẽ có hiện tượng viênphân nén không kịp rơi vào rãnh của đĩa cấp 2 Cơ cấu này chỉ phù hợp nếu các viênphân có dạng cầu và kích thước ít sai lệch

 Cơ cấu cấp phân dạng cam đẩy:

Nguyên lý hoạt động của cơ cấu cấp phân dạng cam đẩy được minh họa trên hình2.10

Hình 2.10 Nguyên lý cơ cấu cấp phân dạng cam đẩy

1 - thùng chứa phân, 2 - ống dẫn, 3 - cần đẩy,

4 – Cam

Trên hình 2.10, cơ cấu cấp phân viên nén kiểu Cam đẩy có kết cấu rất đơn giảngồm có: thùng chứa viên phân nén 1, cần đẩy 3 và cơ cấu cam 4 Cần đẩy 3 vừa cótác dụng tách từng viên phân đưa sang bộ phận dẫn viên, vừa bẻ gãy các liên kếtgiữa các viên phân, vì vậy khắc phục được hiện tượng tạo vòm của viên phân néntrong thùng chứa

Để kiểm nghiệm khả năng khai thác cơ cấu này, nhóm nghiên cứu đã chế tạo vàvận hành thử nghiệm kết cấu như minh họa trên hình 2.11

Hình 2.11 Mô hình thực nghiệm cơ cấu cấp phân

dạng cam đẩy

Thực nghiệm cho thấy, viên phân được lấy ra từng viên rất dễ dàng Thống kêcho thấy tỷ lệ “nhặt được” viên phân ra khỏi buồng chứa rất cao, đạt trên 96% Giả sử máy được di chuyển với tốc độ của người đi bộ (4 km/h, tương đương

66 m/ph), với khoảng cách rải phân 20 cm, thì mỗi phút cam cần quay được 330vòng Để thực hiện điều này, cam phải quay rất nhanh; đồng thời cần bộ truyền có

tỷ số truyền lớn (để tăng tốc từ trục chính đến trục cam), làm tăng tính phức tạp củamáy, dẫn đến khối lượng và giá thành máy cao Ngoài ra, khi vận tốc và gia tốc camlớn gây ra hiện tượng rung động mạnh dẫn đến viên phân bị rơi khỏi cần đẩy, dẫnđến hiện tượng thiếu viên cấp cho cơ cấu bón, gây hiện tượng bỏ sót viên khi bón

 Cơ cấu cấp phân dạng thìa múc

được minh họa trên hình 2.12

(a) (b)

Hình 2.12 (a) Nguyên lý cơ cấu cấp phân dạng thìa múc;

1 - thùng chứa phân, 2 – tấm ngăn, 3 - đĩa cấp gắn thìa

(b) Đĩa gắn thìa múc;

Trên hình 2.12, đĩa số 3 có gắn các thìa múc có lòng trũng vừa đủ để chứa chỉ 1viên phân nén Các viên nén được chứa trong thùng chứa 1 được dẫn hướng để chảydần vào vị trí có thìa múc - máng dẫn có phương tiếp tuyến với đĩa chứa thìa múc.Đĩa số 3 quay (ngược chiều kim đồng hồ trên hình 2.12) sẽ lần lượt giúp từng thìa

“nhặt” viên phân, kéo và thả viên đó sang bộ phận dẫn đến cơ cấu bón phân

Cơ cấu cấp phân dạng thìa múc đã được sử dụng trên máy thử nghiệm củaBanladesh và nhóm nghiên cứu của Đại học Oxford [9,19]

 Đánh giá

Hình 2.13 minh họa ảnh chụp cơ cấu thìa múc đã được chế tạo và thực nghiệmđánh giá hiệu quả vận hành của cơ cấu này

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

Thực nghiệm cho thấy, khả năng vận hành của các thìa múc khá ổn định; tỷ lệ

bỏ sót viên khoảng 1- 2 viên trên 4-5 vòng quay của đĩa (tương tứng với tỷ lệ bỏ sótkhoảng 2/32  6%) với các viên phân khô (vừa lấy ra khỏi túi kín) Tuy nhiên, khi

viên phân bị ẩm cao, tỷ lệ bỏ sót và kẹt phân xảy ra rất mạnh Thêm nữa, cơ cấu nàyrất khó chế tạo đĩa gắn các thìa múc ở dạng đơn chiếc Đĩa và thìa múc làm bằngkim loại (ghép bằng hàn) cho độ chính xác thấp, nhanh rỉ Nếu làm bằng nhựa nhưmáy của Banladesh và Oxford sẽ có giá thành rẻ, nhưng cần sản xuất loạt rất lớn dochi phí khuôn mẫu cao.

 Cơ cấu cấp phân dạng gầu tải

được minh họa trên hình 2.13

a

c

b

Hình 2.14 Cơ cấu cấp phân dạng gầu tải

1 – Ru lô chủ động, 2 – băng hoặc xích, 3 – gầu tải,

4 – Rulô bị động

Kiểu kết cấu này được tham khảo từ các máy trồng khoai tây của nước ngoài.Mỗi gầu múc thực ra là một vòng kim loại hoặc một thìa múc có hình dạng phùhợp, được gắn trên dây băng tải hoặc xích tải Mỗi gầu múc được thiết kế chỉ vừa

đủ múc được một đối tượng ra khỏi bể chứa Hệ thống có thể bố trí theo phươngthẳng đứng, xiên hoặc nằm ngang

 Đánh giá