luận văn
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ……………………… i BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ------- ------- NGUYỄN VIỆT ANH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THỐNG SỐ ðẾN CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM VÀ CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG CỦA MÁY BĂM RƠM NĂNG SUẤT 100- 150KG/H LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kĩ thuật Máy & Thiết bị CGH Nông Lâm Nghiệp Mã số : 60.52.14 Người hướng dẫn: TS. HÀ ðỨC THÁI Hà Nội – 2008 i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan rằng những số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào. Tôi xin cam ñoan rằng mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc. Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Tác giả Nguyễn Việt Anh ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS. Hà ðức Thái, người thầy trực tiếp hướng dẫn và giúp ñỡ tôi trong thời gian thực hiện ñề tài. Tôi cũng xin cảm ơn các thầy cô giáo trong Bộ môn Máy nông nghiệp, các thày cô giáo trong khoa Cơ ðiện ñã giảng dạy, giúp ñỡ và tạo ñiều kiện cho tôi trong quá trình học tập và thực hiện ñề tài. Qua ñây, tôi xin ñược gửi lời cảm ơn tới cơ quan, gia ñình và bạn bè ñã ủng hộ, ñộng viên tạo ñiều kiện giúp tôi hoàn thành khoá học. Tôi xin chân thành cảm ơn ! Tác giả Nguyễn Việt Anh iii MỤC LỤC LỜI CAM ðOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC HÌNH v DANH MỤC CÁC BẢNG vi ðẶT VẤN ðỀ 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 3 1.1. NHU CẦU SỬ DỤNG RƠM - CỎ KHÔ 3 1.1.1 Tình hình sử dụng rơm - cỏ khô trên thế giới 3 1.1.2 Tình hình sử dụng rơm cỏ khô ở Việt Nam 6 1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG MÁY BĂM RƠM CỎ KHÔ 8 1.2.1 Tầm quan trọng của máy băm rơm cỏ khô trong sản xuất 8 1.2.1 Tình hình nghiên cứu sử dụng máy băm trên thế giới 10 1.2.3 Tình hình nghiên cứu sử dụng máy băm trong nước 16 1.3 LỰA CHON NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CHO MÁY BĂM RƠM CỎ KHÔ 20 1.4 MỤC ðÍCH VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 23 CHƯƠNG 2 ðỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20 2.1 ðỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 24 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 25 2.2.1 Phương pháp nghiên cứu ñơn yếu tố 25 2.2.1 Phương pháp nghiên cứu ña yếu tố 25 2.3 PHƯƠNG PHÁP XÁC ðỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA QUÁ TRÌNH CẮT THÁI 31 2.3.1 Phương pháp xác ñịnh chi phí năng lượng riêng (Nr) 31 2.3.2 Phương pháp xác ñịnh chất lượng của sản phẩm thái 32 2.4 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ VÀ GIA CÔNG SỐ LIỆU 33 CHƯƠNG 3 LÝ THUYẾT CẮT THÁI VÀ CƠ TÍNH CỦA RƠM CỎ KHÔ 34 3.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH CẮT THÁI 34 3.1.1 Cơ sở vật lý của quá trình cắt thái 34 iv 3.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình cắt thái bằng lưỡi dao 36 3.1.3 ðiều kiện kẹp rút vật liệu 43 3.2 NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA RƠM CỎ 41 3.2.1 Hệ số ma sát tĩnh của rơm 45 3.2.2 Thí nghiệm xác ñịnh khối lượng riêng của rơm, cỏ khô 47 CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 45 4.1 VẬT LIỆU VÀ DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM 48 4.2 KẾT QUẢ KHẢO NGHIỆM MÁY 48 4.2.1 Khảo nghiệm máy trong ñiều kiện sản xuất 48 4.2.2 Khảo nghiệm khả năng vơ rơm của bộ phận cấp liệu 49 4.2.3 Ảnh hưởng của khả năng cấp liệu 51 4.3 KÊT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ðƠN YẾU TỐ 52 4.3.1 Ảnh hưởng của yếu tố x 1 tới các thông số ra 53 4.3.2 Ảnh hưởng của yếu tố x 2 tới các thông số ra 57 4.3.3 Ảnh hưởng của yếu tố x 3 tới các thông số ra 61 4.3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ðA YẾU TỐ 65 KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 PHỤ LỤC 73 v DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Tên bảng Trang Bảng 1.1 Các thông số lý thuyết của máy băm rơm-cỏ khô 21 Bảng 3.1a Hệ số ma sát của rơm khô với rơm và thép 46 Bảng 3.1b Hệ số ma sát của cỏ khô (cỏ voi) với cỏ khô và thép 46 Bảng 3.2 Xác ñịnh khối lượng riêng của rơm 47 Bảng 4.1 Ảnh hưởng của khả năng cấp ñến chiều dài ñoạn thái 51 Bảng 4.2a Ảnh hưởng của yếu tố x 1 tới hàm Y 1 53 Bảng 4.2b Ảnh hưởng của yếu tố x 1 tới hàm Y 2 54 Bảng 4.2c Kiểm tra tính thích ứng và tính thuần nhất 56 Bảng 4.3a Ảnh hưởng của yếu tố x 2 tới hàm Y 1 57 Bảng 4.3b Ảnh hưởng của yếu tố x 2 tới hàm Y 2 59 Bảng 4.3c Kiểm tra tính thich ứng và tính thuần nhất 60 Bảng 4.4a Ảnh hưởng của yếu tố x 3 tới hàm Y 1 62 Bảng 4.4b Ảnh hưởng của yếu tố x 3 tới hàm Y 2 63 Bảng 4.4c Kiểm tra tính thich ứng và tính thuần nhất 64 Bảng 4.5 Mức biến thiên và khoảng biến thiên của các yếu tố x i 66 Bảng 4.6 Các hệ số hồi quy có nghĩa của các hàm Y 1 , Y 2 67 Bảng 4.7 Các hệ số hồi quy dạng thực 68 Bảng 4.8 Giá trị tối ưu của các yếu tố vào x i và các hàm Y i 68 Bảng 4.9 Giá trị tối ưu của yếu tố vào 69 vi DANH MỤC CÁC HÌNH Số hình Tên hình Trang Hình 1.1 Máy băm rơm - cỏ khô dạng trống 11 Hình 1.2 Máy băm rơm - cỏ khô dạng ñĩa (Renn-Canada) 12 Hình 1.3 Sơ ñồ nguyên lý máy băm dạng ñĩa 13 Hình 1.4 Máy băm rơm - cỏ khô dạng lô (băm rơm kiện tròn) 13 Hình 1.5 Máy băm rơm - cỏ khô dạng lô (băm rơm kiện vuông) 14 Hình 1.6 Máy băm rơm - cỏ khô dạng thùng quay kết hợp ñĩa lệch tâm 15 Hình 1.7 Máy băm rơm – cỏ khô dạng liên hoàn 16 Hình 1.8a Máy thái cỏ CT5 17 Hình 1.8b Máy thái cỏ CT 1 17 Hình 1.9a Máy thái cỏ dạng trống 18 Hình 1.9b Máy thái cỏ dạng trống 18 Hình 1.10 Máy thái rơm rạ tươi 19 Hình 1.11 Mô hình máy băm rơm - cỏ khô và bộ phận làm việc 21 Hình 1.12 Sơ ñồ nguyên lý cấu tạo máy băm Hình 3.1 Tác dụng cắt thái của lưỡi dao 34 Hình 3.2 ðồ thị phụ thuộc lực cắt thái R vào ñộ dịch chuyển S 35 Hình 3.3 Cạnh sắc lưỡi dao 37 Hình 3.4 Góc cắt thái 37 Hình 3.5 ðồ thị phụ thuộc của lực cắt thái vào ñộ thái sâu λ λλ λ 38 Hình 3.6 ðồ thị phụ thuộc cuar áp suất cắt thái vào vận tốc dao thái 38 Hình 3.7 Vận tốc của ñiểm M trên cạnh sắc lưỡi dao AB 39 Hình 3.8 Phân tích các lực giữa dao thái và vật thái 40 Hình 3.9 ðồ thị phụ thuộc của khe hở e tới N 43 Hình 3.10 Dụng cụ Giêlilôpski 46 Hình 4.1 Bộ phận cấp liệu tự ñộng 49 Hình 4.2 ðồ thị ảnh hưởng giữa chiều dài ñoạn băm lý thuyết và thực tế 51 Hình 4.3 ðồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của số vòng quay 56 Hình 4.4 ðồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của khe hở giữa dao và tấm kê 61 Hình 4.5 ðồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tốc ñộ cấp liệu 65 1 ðẶT VẤN ðỀ Trên thế giới người ta sử dụng phụ phế phẩm nông nghiệp như rơm, rạ, thân cây ngô, . phụ vụ cho chế biến chăn nuôi gia súc, gia cầm và phục vụ cho mục ñích công nghiệp như sản xuất giấy, cồn, sản xuất gỗ ván nhân tạo, với trình ñộ về công nghệ và dây chuyền thiết bị rất cao. Với các nước ñang phát triển như nước ta, tổ chức FAO coi việc nghiên cứu chế biến, sử dụng nguồn phụ phẩm nông nghiệp như một chiến lược quan trọng, mà ngay cả các nước có ngành chăn nuôi tiến tiến cũng hết sức quan tâm. Ngoài nguồn nguyên liệu chính dùng trong chế biến, việc sử dụng những nguồn phụ phế phẩm ứng dụng công nghệ tiên tiến như công nghệ chế biến thức ăn TMR, PTR, sử dụng rơm rạ sản xuất giá thể, làm nấm, ñã mang lại hiệu quả kinh tế cao. Hàng năm, Việt Nam ước tính có khoảng trên 30 triệu tấn rơm, trong ñó một phần nhỏ sử dụng trong nông nghiệp và sử dụng trong công nghiệp như dùng rơm rạ làm gỗ ván nhân tạo, còn lại phần lớn hiện tại ñang thải ra các ao hồ, cống rãnh làm ảnh hưởng ñến môi trường sinh thái và lãng phí nguồn nguyên liệu rất lớn. Người ta sử dụng rơm rạ, trấu làm ra các sản phẩm phục vụ cho nông nghiệp như: làm thức ăn chăn nuôi, làm phân bón, dùng ñể trồng nấm, làm vật liệu che phủ trên luống . Ở miền Nam việc tận dụng rơm trồng nấm, làm thức ăn chăn nuôi, . với nhu cầu ngày càng tăng ñã hình thành các chợ rơm (miền Tây Nam Bộ, ðông Tháp .) bán với giá 600 ñến 800 ngàn ñồng/1 tấn (chợ Tro, Trà thôn .). Ở miền Bắc ngoài việc làm thức ăn chăn nuôi, ủ phân, nghề trồng nấm ñang phát triển mạnh. Tuy nhiên, một số ñịa phương vẫn không dùng rơm làm gì, nhiều nơi ñốt giữa ñồng làm ô nhiễm môi trường như Hà Nội, Hà Tây, Nam ðịnh ., có nơi vứt xuống mương làm cản trở dòng chảy của nước . 2 Việc tận dụng rơm rạ làm thức ăn chăn nuôi, trồng nấm, . mang lại hiệu quả kinh tế ñang ñược phát triển ở nhiều ñịa phương trong cả nước. ðể sử dụng hiệu quả thì rơm nguyên liệu cần ñược làm nhỏ ñến mức yêu cầu. Do ñó, việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy băm rơm và cỏ khô ñể tận dụng các nguồn thức ăn rẻ tiền sẵn có (phụ phế phẩm trong nông nghiệp) ở ñịa phương, ñồng thời tăng khả năng lựa chọn các loại nguyên liệu thức ăn khác nhau cho gia súc và làm nguyên liệu trồng nấm là hết sức cần thiết. Việc ứng dụng công nghệ tiên tiến, phù hợp sẽ giải quyết những khó khăn nói trên ñồng thời giải phóng sức lao ñộng cho con người. Hiện tại, Viện Cơ ñiện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch, ñã và ñang thiết kế và chế tạo mẫu máy băm rơm cỏ khô năng suất 100-150 kg/h. ðể ñáp ứng cho các mô hình sản xuất tận dụng rơm cỏ khô phục vụ cho các cơ sở chăn nuôi, nuôi trồng nấm, . cần hoàn thiện, cải tiến, thiết kế mới các thiết bị. ðể tạo ra thiết bị phù hợp với ñiều kiện của Việt Nam, cho chất lượng thái sản phẩm rơm cỏ tốt, giảm chi phí năng lượng, công cắt thái, chúng tôi tiến hành nghiên cứu ñề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số ñến chất lượng sản phẩm và chi phí năng lượng riêng của máy băm rơm năng suất 100-150 kg/giờ” 3 CHƯƠNG I TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 NHU CẦU SỬ DỤNG RƠM - CỎ KHÔ 1.1.1 Tình hình sử dụng rơm - cỏ khô trên thế giới Hàng năm trên thế giới có tới 2,5 tỷ tấn phụ phẩm cây trồng ñể lại trên ñồng ruộng sau khi thu hoạch, trong ñó chủ yếu rơm lúa, lúa mì và thân cây ngô, riêng rơm lúa chiếm khoảng 500 triệu tấn. ðến nay, rơm lúa cũng như rơm lúa mì ñược nhiều nước sử dụng vào các mục ñích chủ yếu là: làm phân cải tạo ñất, lót ổ chuồng trại chăn nuôi, làm thức ăn gia súc, làm nhiên liệu, nguyên liệu trong công nghiệp sản xuất giấy và ñốt trên ñồng. Ở một số nước Châu Á rơm còn dùng làm chất nền trồng nấm, vật liệu che phủ trong trồng trọt. Dưới ñây là ví dụ về tình hình sử dụng rơm ở một số nước phát triển như Anh và Hàn Quốc theo số liệu thống kê năm 1990: - Ở Anh trong tổng số 16 triệu tấn rơm: 31,25% làm phân cải tạo ñất 15,62% lót ổ chuồng trại, 9,37% làm thức ăn chăn nuôi, 9,5% làm nhiên liệu, 6,25% làm nguyên liệu trong công nghiệp. - Ở Hàn Quốc trong tổng số 7 triệu tấn rơm: 46% làm phân cải tạo ñất, 25% làm nguyên liệu và 15% làm thức ăn chăn nuôi. 1.1.1.1 Sử dụng rơm rạ làm phân bón hữu cơ Sử dụng rơm rạ làm phân bón hữu cơ cải tạo ñất là giải pháp ñược sử dụng rộng rãi ở các nước trồng lúa. Rơm rạ có thể sử dụng trực tiếp hoặc làm phân chuồng. - Rơm rạ sử dụng trực tiếp làm phân xanh: Sau khi thu hoạch, rơm rạ trên ñồng ñược cày vùi dưới ñất và phân huỷ tái sinh chất dinh dưỡng cung cấp cho ñất. Các công trình nghiên cứu ở Indonexia, ðài Loan . cho thấy