Nghiên cứu chế tạo, thiết kế máy ép một số phụ phẩm nông nghiệp

luận văn

i BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP I NGUYỄN VĂN TAM NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY ÉP MỘT SỐ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật máy thiết bị giới hố nơng lâm nghiệp Mã số : 60.52.14 Người hướng dẫn khoa học : PGS TS Lương Văn Vượt HÀ NỘI - 2007 i LỜI CAM ðOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tơi xin cam đoan thơng tin trích dẫn luận văn ñều ñã ñược rõ nguồn gốc Tác giả luận văn kí tên Nguyễn Văn Tam ii LỜI CÁM ƠN ðể có luận văn này, tơi trải qua hai năm học tập Trường ðại học Nông nghiệp I Hà Nội, quản lý khoa sau ðại học, tơi nhận kiến thức khoa học qua truyền ñạt Thầy, Cô Trường ðại học Nông nghiệp I Hà Nội, Viện Cơ ðiện Nông nghiệp thuộc Bộ Nông nghiệp PTNT Nhân dịp xin trân trọng cảm ơn Thày, Cơ quản lý giảng dạy tơi q trình học tập trường ðặc biệt xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Lương Văn Vượt người ñã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tơi hồn thành Luận văn, tập thể Thày, Cô Bộ môn Cơ học kỹ thuật, khoa Cơ ðiện đóng góp ý kiến giúp đỡ tơi hồn thành Luận văn iii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ðOAN LỜI CÁM ƠN MỤC LỤC BẢNG KÝ HIỆU CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ðẦU i ii iii v vii xiii Chương TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1 TỔNG QUAN VỀ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP 1.1.1 Rơm rạ 1.1.2 Các loại phụ phẩm khác 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU MÁY ÉP ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP 1.2.1 Một số ứng dụng máy ép phụ phẩm nông nghiệp cho ngành chăn nuôi gia súc 1.2.2 Một số ứng dụng máy ép phụ phẩm nông nghiệp cho ngành lượng 1.3 YÊU CẦU CÔNG NGHỆ CỦA QUÁ TRÌNH ÉP 1.4 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN 3 7 11 14 14 Chương ðỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1.1 phương pháp nghiên cứu lý thuyết 2.1.2 Phương pháp xử lý số liệu ño ñạc 2.2 ðẶC ðIỂM CƠ LÝ TÍNH CỦA MỘT SỐ PHỤ PHẨM NƠNG NGHIỆP 2.2.1 ðặc điểm lý tính rơm rạ cỏ khơ 2.2.2 ðặc điểm lý tính vỏ dứa 2.3 CÁC LOẠI MÁY ÉP TRỤC KHUỶU 2.3.2 Các nguyên lý ép cấu ép dạng piston – xilanh 2.4 LỰA CHỌN NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CHO MÁY ÉP RƠM RẠ, CỎ KHÔ 16 16 16 16 17 17 24 28 29 33 iv Chương TÍNH TỐN THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY ÉP 3.1 YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA MÁY ÉP 3.2 THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ PHẬN ÉP 3.2.1 Piston 3.2.2 Thiết kế, chế tạo bạc ắc, chốt piston 3.2.3 Xilanh 3.2.4 Cửa nạp liệu, phễu cấp liệu 3.2.5 Nắp xilanh (Cửa liệu) 3.3 TÍNH TỐN THIẾT KẾ CƠ CẤU TRUYỀN LỰC 3.3.1 ðộng học cấu biên tay quay 3.3.2 ðộng lực học cấu biên tay quay 3.3.3 Tính tốn thiết kế chế tạo trục tay quay 3.3.4 Tính tốn, thiết kế chế tạo tay biên 3.4 TÍNH TỐN ðỘNG CƠ VÀ LỰA CHỌN BỘ TRUYỀN 3.4.1 Tính tốn động 3.4.2 Xác định phận truyền động phân phối tỷ số truyền 3.4.3 Tính tốn thiết kế truyền ñai 3.5 THIẾT KẾ KHUNG MÁY 3.5.1 Nhiệm vụ, yêu cầu khung máy 3.5.2 Thiết kế khung máy 34 34 35 35 37 38 39 40 42 42 47 49 54 58 58 60 61 63 63 63 Chương KHẢO NGHIỆM MÁY ÉP PHỤ PHẨM NƠNG NGHIỆP 4.1 MỤC ðÍCH U, CẦU KHẢO NGHIỆM 4.2 KHẢO NGHIỆM CÁC THÔNG SỐ RA CỦA MÁY ÉP 4.2.1 Xác ñịnh khối lượng riêng kiện rơm sau ép 4.2.2 ðánh giá suất thời gian ép máy 4.3 PHÂN TÍCH SƠ BỘ HIỆU QUẢ KINH TẾ 64 64 65 65 66 67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO Phụ lục Phụ lục 69 70 71 74 v BẢNG KÝ HIỆU CÁC THƠNG SỐ CƠ BẢN Ký hiệu (ðơn vị đo) Chú thích α (độ) β (độ) ε (Khơng thứ ngun) e (m, cm, mm) ðộ lệch tâm e’ (Không thứ nguyên) Hệ số lệch tâm (e’ = e/R) F (kN) P (kN) imin (cm) Bán kính quán tính cực tiểu mặt cắt ngang Imin Mơ men qn tính nhỏ mặt cắt ngang Góc tay quay phương chuyển động piston Góc tay biên phương chuyển ñộng piston (cm ) Tỷ số ép (tỷ số thể tích khối rơm lúc bắt đầu ép thể tích khối rơm rạ sau ép với lực ép piston F) Lực ép từ piston máy ép lên rơm rạ khơng tính ñến tải trọng ñộng Lực ép từ piston máy ép lên rơm rạ tính đến tải trọng động Jα (m/s ) Gia tốc piston theo góc α K (Không thứ nguyên) Hệ số tay biên (K = R/L) k (Khơng thứ ngun) Hệ số tải trọng động, chọn k = 1,5 L (m, cm, mm) Chiều dài tay biên λ (Không thứ nguyên) ðộ mảnh λđh (Khơng thứ ngun) Hệ số động học Ln (m, cm, mm) Chiều dài cửa nạp liệu máy ép Lpt (m, cm, mm) Chiều dài piston máy ép Lxl (m, cm, mm) Chiều dài xi lanh máy ép µ (Khơng thứ ngun) Hệ số quy đổi chiều dài Mf k (m, cm, mm) Cánh tay địn mô men ma sát Mk (kN.m, kN.cm) Mô men xoắn trục trường hợp thực tế Mtñ (kN.m, kN.cm) Mơ men tương đương trục Mu k (kN.m, kN.cm) Mô men xoắn trục trường hợp lý tưởng vi mu k (m, cm, mm) mk (m, cm, mm) m f Cánh tay địn mơ men xoắn trường hợp lý tưởng Cánh tay địn mơ men xoắn trường hợp có tính đến cánh tay địn ma sát (m, cm, mm) Cánh tay địn mơ men ma sát Mx (kN.m, kN.cm) Mô men uốn theo trục x Mz (kN.m, kN.cm) Mô men xoắn theo trục z n (Vòng/phút) Số vòng quay tay quay phút N (kW) Cơng suất đầu hộp giảm tốc nđc (v/p) Số vịng quay động Nđm (kW) Cơng suất định mức động ρ (kg/m3) Khối lượng riêng rơm rạ R (m, cm, mm) Bán kính tay quay Sα (m, cm, mm) Khoảng cách từ ñiểm chết ñến ñầu piston V (m3, cm3) Thể tích kiện rơm rạ sau ép xong vα (m/s) Vận tốc piston theo góc α Wx (cm3) Mô men chống uốn W (%) ðộ ẩm rơm rạ ω (rad/s) Vận tốc góc tay quay k R lực hướng tâm tác dụng lên ổ R = 33kN Kv (Không thứ nguyên) Kn (Không thứ ngun) Kt (Khơng thứ ngun) hệ số động học; Kv = 1,35 hệ số xét ñến ảnh hưởng nhiệt ñộ làm việc ổ ñến ñộ bền mỏi; Kn = hệ số tải trọng, xét ảnh hưởng tính chất tải trọng đến độ bền mỏi ổ; Kt =1 σo (N/mm ) Ứng suất căng ban ñầu; σo =1,5 Ct (Khơng thứ ngun) Hệ số xét đến ảnh hưởng chế ñộ tải trọng; Ct = Cα (Khơng thứ ngun) Hệ số xét đến ảnh hưởng góc ơm; C α = 0,95 Cv (Khơng thứ nguyên) Hệ số xét ñến ảnh hưởng vận tốc; Cv = 1,03 [σP]o (N/mm2) Ứng suất có ích cho phép [σP]o = 1,7 vii DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Tên bảng Trang Bảng 1.1 Diện tích sản lượng lúa nước ta từ (2001- 2006) [ 8] Bảng 1.2 Khối lượng phụ phẩm sau thu hoạch lúa từ năm 2001 ÷ 2006 Bảng 1.3 Diện tích sản lượng dứa nước (2001-2006) Bảng 1.4 Các nhà máy chế biến dứa nước (ðơn vị: tấn/ngày) Bảng 2.1 Xác ñịnh khối lượng riêng rơm 17 Bảng 2.2 Hệ số ma sát rơm khô với loại vật liệu 18 Bảng 2.3 Kết ño lực sau ép rơm 21 Bảng 2.4 Tính tổng hệ phương trình nội suy 23 Bảng 2.5 Kết đo lực tỷ số ép với thí nghiệm ép dứa 25 Bảng 2.6 Tính tổng hệ phương trình nội suy 26 Bảng 4.1 Khối lượng riêng kiện rơm sau ép 65 Bảng 4.2 Thời gian ép kiện rơm 66 viii DANH MỤC CÁC HÌNH Số hình Tên hình Trang Hình 1.1 Các liên hợp máy thu hoạch cỏ, rơm khơ Hình 1.2 Máy ép ΠCM-5,0A Hình 1.3 Máy ép cỏ cơng ty Z755 10 Hình 1.4 Máy làm chất đốt từ vỏ trấu 11 Hình 2.1 Dụng cụ Giêlilốpky 18 Hình 2.2 Sơ ñồ máy kéo nén văn YMM- 19 Hình 2.3 a) Xi lanh; b) piston thí nghiệm 21 Hình 2.4 ðồ thị quan hệ lực ép F tỷ số ép ε 22 Hình 2.5 ðồ thị hàm thực nghiệm 24 Hình 2.6 ðồ thị thực nghiệm quan hệ lực ép F tỷ số ép ε 25 Hình 2.7 ðồ thị hàm thực nghiệm quan hệ lực ép F tỷ số ép ε 27 Hình 2.8 Sơ đồ phận máy ép trục khuỷu 28 Hình 2.9 Bộ phận ép kiểu piston: Khn kín (bên trái); Khn rời (bên phải) 29 Hình 2.10 Bộ phận ép kiểu vít 30 Hình 2.11 Cơ cấu ép xilanh thuỷ lực 31 Hình 2.12 Một số cấu chấp hành 32 Hình 3.1 Mơ hình máy ép 34 Hình 3.2 Sơ đồ tính tốn chiều dài piston 36 Hình 3.3 Kích thước mơ hình 3D piston 37 Hình 3.4 Hình vẽ thiết kế bạc trái, bạc phải chốt piston 38 Hình 3.5 Sơ đồ tính tốn chiều dài x lanh 39 Hình 3.6 Mơ hình 3D xilanh 39 Hình 3.7 Kích thước thiết kế phễu cấp liệu 40 Hình 3.8 cấu tạo phận nắp xilanh 41 Hình 3.9 Sơ đồ tính tốn hành trình S 43 Hình 3.10 Cơ cấu biên tay quay 44 Hình 3.11 ðồ thị độnh học cấu biên tay quay lệch tâm 46 Hình 3.12 Sơ đồ chịu lực trục tay quay 50 Hình 3.13 Biểu đồ mơ men xác định Mz Mx 50 Hình 3.14 Sơ đồ chịu lực biểu đồ mơ men ngỗng trục 53 Hình 3.15 Hình vẽ thiết kế chi tiết tay quay 53 Hình 3.16 Mơ trình lắp ghép chi tiết tạo thành tay quay 54 Hình 3.17 Sơ đồ chịu lực tay biên 55 Hình 3.18 Áo ổ trục tay quay 57 Hình 3.19 Áo ổ đầu nhỏ đầu lớn biên 57 Hình 3.20 Mơ hình lắp ghép biên 58 Hình 3.21 Mơ hình 3D khung máy 63 Hình 4.1 Máy ép số phụ phẩm nông nghiệp 64 MỞ ðẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA LUẬN VĂN ðất nước ta ñang thời kỳ phát triển mạnh mẽ mở cửa hội nhập, song môi trường bị nhiễm nặng nề ðó vấn đề có tính thời u cầu phát triển cân ñang ñược ñặt hết Nước ta nước nơng nghiệp phát triển, năm gần sách đổi mà nơng nghiệp nước nhà có bước phát triển ngoạn mục, trở thành nước xuất gạo hàng đầu giới (trung bình khoảng 3,5 triệu gạo xuất hàng năm) Nơng nghiệp phát triển ñã tạo lượng lớn phụ phẩm phế thải thu hoạch sau chế biến (trên 50 triệu tấn/năm) Nếu ñược khai thác sử dụng nguồn lượng có khả tái tạo, sử dụng mà khơng khả dự trữ ðồng sông Cửu Long vựa lúa nước (chiếm 50% sản lượng), nơi có lượng trấu, rơm rạ dư thừa lớn Tuy nhiên, đốt chúng dạng thơ thường khơng hấp dẫn người sử dụng, mặt khác việc vận chuyển xa khó khăn khơng kinh tế Chính ép trấu, rơm rạ phụ phẩm nông nghiệp khác tạo lượng thức ăn dự trữ cho gia súc tạo nhiên liệu có khối lượng riêng tăng 5÷10 lần, dễ vận chuyển ñi xa, ñã tạo hội cho nghiên cứu cải tiến cơng nghệ đốt, dự trữ thức ăn cho gia súc vào mùa trái vụ nhằm thay gỗ củi ñốt loại nguyên thức ăn gia súc khác Ngành chăn nuôi phát triển xuất nơng trại chăn ni đại gia súc (trâu, bị…) ngày nhiều, vấn đề địi hỏi phải tích trữ thức ăn cho gia súc vào mùa đơng, trâu, bị thức ăn chủ yếu rơm cỏ Việc nghiên cứu thiết kế chế tạo mẫu máy ép cỏ khơ, rơm rạ để làm giảm khơng gian tích trữ nâng cao chất lượng bảo quản cỏ, rơm rạ vấn ñề ñược ñặt ... ðại học Nông nghiệp I Hà Nội, quản lý khoa sau ðại học, tơi nhận ñược kiến thức khoa học qua truyền ñạt Thầy, Cô Trường ðại học Nông nghiệp I Hà Nội, Viện Cơ ðiện Nông nghiệp thuộc Bộ Nông nghiệp... vii xiii Chương TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1 TỔNG QUAN VỀ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP 1.1.1 Rơm rạ 1.1.2 Các loại phụ phẩm khác 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU MÁY ÉP ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP 1.2.1 Một số... vậy, việc Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy ép số phụ phẩm nông nghiệp yêu cầu thiết thực tiễn sản xuất BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN Mở ñầu Chương Tổng quan nghiên cứu Chương ðối tượng phương pháp nghiên cứu