nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy ép rơm cỏ khô làm thức ăn dự trữ cho trâu bò

luận văn thạc sĩ, tiến sĩ, cao học, luận văn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI NGUYỄN HỮU NĂM NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY ÉP RƠM CỎ KHÔ LÀM THỨC ĂN DỰ TRỮ CHO TRÂU BÒ LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Chuyên ngành : Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá nông, lâm nghiệp Mã số : 60.52.14 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Trần Như Khuyên HÀ NỘI - 2011 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………… 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 ñược 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 ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày 21 tháng 11 năm 2011 Học viên Nguyễn Hữu Năm Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………… ii LỜI CẢM ƠN ðể hoàn thành ñề tài nghiên cứu ngoài sự cố gắng của bản thân, tôi ñã nhận ñược rất nhiều sự quan tâm giúp ñỡ nhiệt tình của thầy cô, bạn bè và ñồng nghiệp và người thân. Trước tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến thầy giáo PGS.TS Trần Như Khuyên ñã tận tình hướng dẫn, giúp ñỡ tôi trong quá trình thực hiện và hoàn thành ñề tài nghiên cứu. Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô Bộ môn Thiết bị bảo quản và chế biến nông sản Khoa Cơ ñiện, Viện ñào tạo sau ñại học ,Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, Viện Cơ ñiện và Công nghệ sau thu hoạch, Ban Giám hiệu, các Phòng, Khoa và toàn thể cán bộ, giáo viên, công nhân viên của Trường Cao ñẳng Kỹ thuật Công nghiệp, các ñồng nghiệp, bạn bè và người thân ñã tạo mọi ñiều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 21 tháng 11 năm 2011 Tác giả Nguyễn Hữu Năm Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………… iii MỤC LỤC Lời cam ñoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục các bảng vi Danh mục các hình vii MỞ ðẦU 1 Chương 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 3 1.1. ðẶC ðIỂM CỦA MỘT SỐ LOẠI RƠM, CỎ KHÔ 3 1.2. YÊU CẦU CÔNG NGHỆ CỦA QUÁ TRÌNH ÉP 4 1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG MÁY ÉP RƠM CỎ KHÔ Ở TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC 4 1.3.1. Liên hợp máy thu gom và ép cỏ 5 1.3.2. Các loại máy ép rơm tĩnh tại 7 1.4. PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC MÁY ÉP RƠM, CỎ KHÔ 10 1.5. MỤC ðÍCH VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA ðỀ TÀI 11 1.5.1. Mục ñích nghiên cứu 11 1.5.2. Nhiệm vụ nghiên cứu 11 Chương 2: ðỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 12 2.1. ðỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 12 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15 2.2.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 15 2.2.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 16 2.2.2.1. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ñơn yếu tố 16 2.2.2.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ña yếu tố 17 2.2.2.3. Phương pháp nghiên cứu tối ưu tổng quát 22 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………… iv 2.2.3. Xác ñịnh một số thông số của quá trình ép 25 2.2.4. Phương pháp xử lý và gia công số liệu thực nghiệm 26 Chương 3 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY ÉP RƠM, CỎ KHÔ 29 3.1. ðẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH ÉP 29 3.1.1. ðường cong chỉ thị và ñường cong công nghệ 29 3.1.2. Những ñịnh luật cơ bản trong cơ học vật thể phân tán 30 3.1.3. Sự phân bố áp suất ép theo chiều cao của vật thể bị ép 31 3.2. PHƯƠNG TRINH CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH NÉN ÉP 34 3.3. XÁC ðỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA MÁY ÉP 38 3.3.1. Xác ñịnh chiều cao bánh ép 38 3.3.2. Xác ñịnh chiều dài khuôn ép L 39 Chương 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA MÁY ÉP 41 4.1. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ PHẬN ÉP 41 4.1.1. Thân khuôn ép 41 4.1.2. ðáy khuôn ép 42 4.1.3. Bàn ép 43 4.2. LỰA CHỌN VÀ TÍNH TOÁN THIẾT BỊ THỦY LỰC CỦA MÁY ÉP 44 4.2.1. Lựa chọn sơ ñồ nguyên lý kết cấu thiết bị thuỷ lực 44 4.2.2. Cơ sở lý thuyết tính toán thiết bị thuỷ lực 49 4.2.2.1. Tính toán thê tích của bình tích áp và lưu lượng của bơm 49 4.2.2.2. Tính toán ñộng lực học máy ép dẫn ñộng bằng bơm có bình tích áp 51 4.2.2.3. Tính toán hành trình của máy ép 56 4.2.2.4. Tính toán hệ thống nạp, bơm và xi lanh thủy lực 59 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………… v Chương 5: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 64 5.1. KẾT QUẢ XÁC ðỊNH MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ - LÝ CỦA NGUYÊN LIỆU ÉP 64 5.1.1. Kết quả ño hệ số ma sát của rơm, cỏ khô 64 5.1.2. ðộ ẩm của rơm, cỏ khô 64 5.1.3. Khối lượng thể tích của rơm khô ở trạng thái tự nhiên (chưa ép) 65 5.2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 65 5.2.1. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm ñơn yếu tố 65 5.2.2. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm ña yếu tố 70 5.2.3. Kết quả thí nghiệm ứng với giá trị tối ưu của các yếu tố vào 75 KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 77 1. Kết luận 77 2. ðề nghị 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 PHỤ LỤC 80 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………… vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 5.1a. Hệ số ma sát của rơm khô với các loại vật liệu 64 Bảng 5.1b. Hệ số ma sát của cỏ khô (cỏ Voi) với các loại vật liệu 64 Bảng 5.2. Xác ñịnh khối lượng thể tích của rơm 65 Bảng 5.3. Ảnh hưởng hành trình của bàn ép h (cm) 66 Bảng 5.4. Ảnh hưởng của ñộ ẩm vật liệu ép w (%) 67 Bảng 5.5. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu ép M(kg) 69 Bảng 5.6. Mức biến thiên và khoảng biến thiên của các yếu tố vào 70 Bảng 5.7. Ma trận và kết quả thí nghiệm theo phương án qui hoạch thực nghiệm bậc 2 Box-Wilson 71 Bảng 5.8. Các hệ số hồi quy có nghĩa của các hàm Y1 và Y2 72 Bảng 5.9. Kiểm tra tính thích ứng của mô hình toán 73 Bảng 5.10. Giá trị tối ưu của các yếu tố vào xi và các hàm Y1 và Y2 73 Bảng 5.11. Các hệ số hồi quy dạng thực 74 Bảng 5.12: Kết quả thí nghiệm ứng với giá trị tối ưu của các thông số vào 76 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………… vii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Rơm khô và cỏ voi 3 Hình 1.2. Các liên hợp máy thu gom và ép bánh rơm, cỏ khô (Hà Lan) 5 Hình 1.3. Các liên hợp máy thu gom và ép bánh rơm, cỏ khô (Nhật Bản) 6 Hình 1.4. Liên hợp máy thu và ép cỏ kiểu trục ép 7 Hình 1.5. Máy ép rơm cỏ ΠCM-5,0A (Liên xô cũ) 8 Hình 1.6. Máy ép rơm cỏ khô ERC-1,0 (Việt Nam) 9 Hình 2.1. Sơ ñồ nguyên lý cấu tạo của máy ép rơm cỏ khô ERC-1 12 Hình 2.2. Mô hình 3D của máy ép rơm cỏ khô ERC- 1 13 Hình 2.3. Sơ ñồ các yếu tố vào và ra của thiết bị ép 17 Hình 2.4. ðồ thị hàm mong muốn thành phần d j khi Y j bị chặn một phía 24 Hình 3.1. ðường cong chỉ thị và ñường cong công nghệ của quá trình ép 29 Hình 3.2. Sơ ñồ lực tác ñộng lên phân tố của bánh ép 31 Hình 3.3. ðặc tính phân bố mật ñộ trong bánh ép 34 Hình 3.4. ðồ thị phân bố áp suất trong khuôn ép có ñáy cố ñịnh 35 Hình 4.1. Sơ ñồ cấu tạo bộ ép 41 Hình 4.2. Kiểm tra bền cửa tháo liệu (ñáy khuôn ép) 42 Hình 4.3. Kiểm tra bền tấm ép 43 Hình 4.4. Sơ ñồ nguyên lý kết cấu hệ thống thủy lực có bình tích áp 45 Hình 4.5. Bình tích áp khí - thủy lực kiểu pittong 46 Hình 4.6. Sơ ñồ thủy lực ñiều khiển bình tích áp khí thủy lực kiểu không có pittong 48 Hình 4.7. Hoạt ñộng của máy ép trong thời gian hành trình công tác 51 Hình 4.8. Van chuyển 61 Hình 4.9. ðồ thị lực ñặc trưng cho quá trình ép 62 Hình 5.1. ðồ thị ảnh hưởng hành trình của bàn ép h (cm) 66 Hình 5.2. ðồ thị ảnh hưởng của ñộ ẩm ban ñầu vật liệu ép w (%) 68 Hình 5.3. ðồ thị ảnh hưởng của khối lượng vật liệu ép M (kg) 69 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………… 1 MỞ ðẦU Những năm gần ñây, ðảng và Nhà nước ta ưu tiên ñưa chăn nuôi phát triển thành ngành sản xuất chính, trong ñó ñặc biệt ưu tiên phát triển chăn nuôi bò sữa. Quyết ñịnh của Thủ tướng Chính phủ số 167/2001/Qð - TTg ngày 26/10/2001 và chính sách xuất khẩu trong nông nghiệp ñã tạo ñà phát triển và hỗ trợ rất lớn cho ngành chăn nuôi. Việc chăn nuôi trâu, bò ñược phát triển mạnh từ hộ ñến các trang trại, trung tâm. Hiện nay các tỉnh như Tuyên Quang, Vĩnh Phúc, Sơn La, Hà Tây, Tp. Hồ Chí Minh, Bình Dương, . ñang phát triển các cơ sở, trang trại nuôi tập trung từ 200 - 300 con ñã thu ñược hiệu quả tốt. Bò là loài vật mẫn cảm với thức ăn, khí hậu, nhất là các giống cho năng suất và chất lượng cao - thức ăn là yếu tố quyết ñịnh trên 60% hiệu quả chăn nuôi bò. ðể ñáp ứng ñược việc cung cấp thức ăn một cách chủ ñộng, ổn ñịnh và chất lượng cao, thức ăn của trâu, bò ñược chế biến công nghiệp chủ yếu có các dạng sau: viên thức ăn thô; thức ăn tổng hợp dạng bột và dạng viên; khối ñá liếm; bánh dinh dưỡng; thức ăn ủ chua; thức ăn thô ñóng bánh ñể dự trữ, làm nguyên liệu chế biến thành miếng cỏ . ðất nước ta vốn chiếm 80% diện tích nông nghiệp,ñất nước từ nền công nghiệp, nông nghiệp lạc hâu .Sản xuất nông nghiệp hầu như không có máy móc mà dựa vào sức trâu, bò là chủ yếu và nguồn thức ăn chính cho trâu, bò là thức ăn như rơm và cây xanh, cho ñến nay với nền nông nghiệp và nền công nghiệp dần dần hiện ñai, nông nghiệp sản xuất dần dần ñược thay thế bằng máy móc, Hệ thống sản xuất cung ứng thức ăn chăn nuôi cần ñược tổ chức ñồng bộ, khép kín từ khâu tạo giống, sản xuất trên ñồng, thu hoạch, sơ chế, bảo quản, dự trữ cung ứng nguyên liệu, chế biến và tiêu thụ sản phẩm. Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………… 2 Thức ăn thô xanh và khô là nguồn thức ăn chính (chiếm trên 65 %). Vào mùa vụ bò ñược cho ăn cây xanh vừa thu hoạch (trung bình một ngày cần cung cấp khoảng 25 - 40 kg cỏ tươi cho trâu, bò). Cỏ và rơm khô ngoài việc làm thức ăn chính trong thời gian trái vụ (cần từ 4 - 7 kg cho bò và 8 - 12kg cho trâu) còn ñược sử dụng làm nguyên liệu chế biến các loại thức ăn viên thô, viên tổng hợp chất lượng cao, miếng cỏ khô. Cỏ và rơm khô ở trạng thái tự nhiên có tỷ trọng bé, chiếm chỗ lớn gây khó khăn trong việc vận chuyển và bảo quản. Mặt khác do ñiều bánh khí hậu nước ta nóng ẩm, mưa nhiều (nhất là các tỉnh miền núi phía Bắc có dộ ẩm cao) rơm và cỏ khô nếu bảo quản không tốt dễ bị nấm mốc, mục, giảm chất lượng, ảnh hưởng ñến sức khỏe của trâu bò nuôi. Cần thiết sau khi thu hoạch chúng phải ñược nén ép lại ñể giảm thể tích nhờ ñó dễ dàng vận chuyển giảm chi phí kho chứa bảo quản. Vấn ñề cấp bách mà thực tế ñặt ra cần phải giải quyết là có một mẫu máy có thể ñáp ứng ñược nhu cầu về ñóng bánh cỏ - rơm khô, nhưng máy phải có kết cấu gọn nhẹ, dễ vận chuyển (ñến nơi có nguyên liệu) phù hợp với loại hình, quy mô sản xuất nhỏ nhờ vậy mới có thể giải quyết ñược vấn ñề giảm chi phí vận chuyển và bảo quản rơm, cỏ khô. ðể ñáp ứng ñược nhu cầu thức ăn cho chăn nuôi, từ sản xuất thức ăn thô, sơ chế thức ăn thô tại cơ sở chăn nuôi và cung ứng thức ăn dự trữ, giảm chi phí cho việc vận chuyển, phù hợp với quy mô, khả năng ñầu tư, tận dụng ñược nguyên liệu có sẵn ở ñịa phương, chúng tôi tiến hành thực hiện ñề tài: “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy ép rơm, cỏ khô làm thức ăn dự trữ cho trâu bò ”.