ăn với các quy mô chuồng nuôi khác nhau
Khi muốn tăng quy mô chăn nuôi hoặc xây dựng chuồng chăn nuôi mới có quy mô lớn hơn chuồng nuôi gà lồng 2000 con nh− trên thì việc lựa chọn động cơ cho xe phân phối thức ăn gặp khó khăn vì phải tính toán và lựa chọn lại công suất của động cơ. Để thuận tiện cho việc lựa chọn công suất động cơ phù hợp cho xe phân phối thức ăn với mỗi chuồng nuôi có quy mô khác nhau tôi sử dụng phần mềm matlab để xây dựng mô hình tính toán và lựa chọn công suất động cơ khi biết trọng l−ợng của xe và trọng l−ợng của thức ăn. Kết quả cho ở bảng 4.1.
Bảng 4.1 Các thông số và công suất động cơ cho xe phân phối thức ăn Quy mô chăn nuôi
Các thông số chính 2000 4000 6000 8000 Trọng l−ợng xe (N) 6285 6285 6285 6285 Trọng l−ợng thức ăn (N) 3225 6450 9675 12900 Trọng l−ợng bám ở bánh chủ động (N) 4755 6367 7980 9592 Lực cản ma sát (N) 352,2 471,6 591,1 710,5 Lực cản quán tính (N) 28,5 38,2 47,8 57,5 Công suất cần thiết của động cơ (kW) 0,507 0,68 0,85 1,02 Công suất lựa chọn cho động cơ(kW) 0,74
(2 x 0,37) 1,00 (2 x 0.50) 1,10 (2 x 0,55) 1,50 (2 x 0,75) Lực cản lớn nhất khi mở máy (N) 380,7 509,8 639 768,1 Lực bám ở bánh chủ động (N) 1706 2285 2863 3442 Lực kéo ở bánh chủ động (N) 554,7 749,6 824,6 1124,5 4.2. Gầu tải
4.2.1. Xác định hệ số nạp đầy của gầu tải
Hệ số nạp đầy của gầu tải có ảnh h−ởng lớn đến năng suất của máy. Nó là một trong những yêu cầu cơ bản khi thiết kế chế tạo gầu tải.
Để xác định hệ số nạp đầy ta xét một phần tử hạt nằm trong gầu khi nó đi qua trục quay d−ới của gầu tải (hình 4.4).
Xét 2 tam giác CBM và MOP, ta có:
l mg l G R Pm = = (4.25) Trong đó : G - trọng lực của phần tử hạt, (N);
G = mg
m - khối lợng phần tử hạt, kg; g - gia tốc trọng tr−ờng, m/s2 ; Pm - hợp lực của G và Ph .
Ph - lực quán tính ly tâm của phần tử hạt, N; Ph = mω2rh
ω - vận tốc gốc của tang dẫn, rad/s; rh - bán kính của phần tử hạt, m.
``
Hình 4.5 Sơ đồ lực tác dụng lên phần tử vật tải khi xúc
Do đó :
l R mg
Pm = (4.26)
Cũng nh− trên l sẽ không đổi nếu số vòng quay n không đổi. ở đây, nếu bán kính R bằng nhau thì Pm cũng bằng nhau. Nghĩa là nếu ta lấy điểm P làm
G P l C B h P m M P O
tâm quay một cung có bán kính R thì những điểm nằm trên mặt cung đó đều có lực Pm bằng nhau.
Mặt cung ấy gọi là mặt đồng mức. Với n−ớc thì khi múc đầy sẽ có mặt đồng mức đó nh−ng với hạt thì có khác vì giữa hạt có ma sát với nhau. Hạt sẽ không chảy theo mặt tròn nh− trên mà theo mặt nghiêng so với mặt tròn một góc ρ (ρ - góc chảy tự nhiên của hạt). Theo hình giải tích ta biết rằng đ−ờng cong của mặt đó là đ−ờng xoắn lôga, có cực là P bán kính R biến thiên. Ph−ơng trình đ−ờng xoắn lôga đ−ợc biểu diễn nh− sau :
R = aefθ (4.27)
a - bán kính khi θ = 0; e - cơ số log tự nhiên;
f = tgρ, ρ là góc chảy tự nhiên của hạt; θ - góc quay của bán kính R;
Đ−ờng xoắn lôga đ−ợc vẽ bằng ph−ơng pháp sau (hình 4.5) :
Hình 4.6 Đ−ờng xoắn lôga
- Tính l theo số vòng quay n của tang :
l = 2 n 895
(4.28)
Nh− thế là ta đ4 xác định đ−ợc điểm P trên sơ đồ. Từ P vẽ cung tiếp xúc vòng tròn trục d−ới cắt miệng gầu tại điểm A. Nh− vậy ta xác định đ−ợc R và
l θ0 R ρ A P
góc θo , còn giá trị ρ đ−ợc xác định bằng thực nghiệm đối với mỗi loại thức ăn. Thay các giá trị này vào công thức (4.27) ta xác định đ−ợc a:
a = f o
e R
θ (4.29)
Sau đó ứng với θ khác nhau ta có các giá trị R khác nhau, cho ta các điểm của đ−ờng xoắn loga. Điểm A xác định nh− trên sẽ có hệ số nạp đầy lớn. Thông th−ờng thì hệ số nạp đầy ϕ = 0,75. Tuy nhiên hệ số nạp đầy còn phụ thuộc vào tốc độ quay của tang dẫn, khi tốc độ quay càng tăng thì hệ số nạp đầy càng giảm.
4.2.2. Xác định khả năng xả sạch của gầu tải
Khi gầu cùng vật liệu chuyển động trên bề mặt tang dẫn động, nó sẽ chịu 2 lực tác dụng :
- Trọng lực khối l−ợng do khối l−ợng gầu và vật liệu sinh ra :
G = mg (4.30)
- Lực ly tâm sinh ra khi vật liệu và gầu chuyển động trên bề mặt tang dẫn động với vận tốc vg : r v m Pt g 2 = (4.31)
r - khoảng cách từ tâm quay tới trọng tâm của gầu và khối vật liệu. Trên hình 4.6 ta thấy khả năng xả sạch của gầu tải phụ thuộc vào hợp lực Rh của Pt và G.
Khi gầu chuyển động quanh tang dẫn động với vận tốc v lực Rh sẽ thay đổi về giá trị và ph−ơng tác dụng. Nh−ng đ−ờng nối ph−ơng tác dụng Rh luôn đi qua một điểm A, gọi là cực tháo liệu nằm cách tâm một đoạn l.
Ta có tỉ lệ : 2 2 g g t v gr r v m mg P G r h = = = (4.32)
Rút ra : 2 2 g v gr h= (4.33)
Hình 4.7 Sơ đồ lực tác dụng lên gầu và vật liệu khi chuyển động Vận tốc gầu vg đ−ợc xác định theo công thức :
30
rn
vg π
= (4.34)
Thay giá trị vg và công thức (4.33), ta có :
2
895
n
h= (4.35)
Trong đó :
n- số vòng quay của tang dẫn, v/ph.
r - bán kính tâm gầu khi băng uốn vòng quanh tang dẫn, m.
r = ro + m (4.36)
ro - bán kính tang dẫn, m
m - khoảng cách từ trọng tâm gầu đến bề mặt tang dẫn, m
Nh vậy khoảng cách h sẽ phụ thuộc vào số vòng quay n của tang dẫn động. Với các giá trị của h khác nhau ta có các tr−ờng hợp sau :
A R P G a h r r0 r Pt R G G β
- Khi h ≤ ro (ro - bán kính tang dẫn động) tức là Pt > G , khi đó vật liệu sẽ đ−ợc chảy ra khỏi gầu bằng lực ly tâm. Ph−ơng pháp này đ−ợc sử dụng để tháo các loại vật liệu có độ ẩm cao, th−ờng lớn hơn 130.
- Khi h > ra (ra - bán kính tầm với của gầu ), tức là lực G > Pt , khi đó vật liệu sẽ rơi ra khỏi gầu d−ới tác dụng của trọng lực. Ph−ơng pháp này chủ yếu sử dụng cho các loại vật liệu dạng cục.
- Khi ro < h < ra sẽ xảy ra tháo liệu hổn hợp. Ph−ơng pháp này sử dụng đối với các loại vật liệu dạng hạt và mịn. Góc β nh− trên sơ đồ đối với vật liệu rời th−ờng chọn trong khoảng 30 ữ 450.
Đối với gầu tải đ−ợc thiết kế, chúng tôi chọn gầu tải tháo liệu theo ph−ơng pháp hỗn hợp, nghĩa là đảm bảo điều kiện ro < h < ra .
4.2.3. Xác định kích th−ớc cơ bản của gầu tải
Trong gầu tải, gầu là bộ phận mang tải, có ảnh h−ởng rất lớn đến quá trình vận chuyển. Vì vậy, trong nội dung này chỉ trình bày ph−ơng pháp tính toán xác định các kích th−ớc cơ bản của gầu. Để đảm bảo điều kiện thuận lợi cho việc nạp đầy và xả sạch đối với vật liệu vận chuyển là cám gà, ta có thể lựa chọn loại gầu sâu có đáy vê tròn, thực hiện nạp liệu theo ph−ơng pháp rót và xả liệu theo ph−ơng pháp phối hợp giữa ly tâm và trọng lực.
Dung tích của gầu J đ−ợc xác định theo công thức tính năng suất gầu tải: a Jv Qg gγϕ 6 , 3 = (tấn/h) (4.37)
Qg- năng suất gầu tải, tấn/h; J- dung tích của gầu, m3; vg - vận tốc gầu, m/s a- b−ớc của gầu, m;
γv- khối l−ợng thể tích của vật liệu vận chuyển, tấn/m3; ϕ- hệ số nạp đầy gầu tải.
Từ đó ta rút ra : γϕ g g v a Q J 6 , 3 = (4.38) Thay giá trị: Qg = 5.000kg/h; a = 0,4m; vg = 1,25m/s; γ = 630kg/m3 và ϕ = 0,6 vào công thức (4.38), ta xác định đ−ợc dung tích gầu:
J = 0,00142 m3
Để đảm bảo dung tích tính toán ở trên, các kích th−ớc cơ bản của gầu đ−ợc lựa chọn và tính toán nh− sau :
- Tầm với của gầu: A = 125 mm, - Chiều rộng gầu : B = 200 mm, - Chiều cao gầu : h = 137 mm.
4.2.4. Xác định lực kéo trên tang dẫn
Tính toán lực kéo đ−ợc tiến hành theo ph−ơng pháp đuổi điểm theo chiều chuyển động của bộ phận kéo.
Bắt đầu từ điểm ra khỏi tang dẫn. Sơ đồ tính toán lực căng băng kéo đ−ợc thể hiện trên hình 4.7. Bộ phận kéo đ−ợc tính theo lực căng lớn nhất.
Lực căng lớn nhất ở điểm vào tang dẫn Sv, không kể tải trọng động xác định theo công thức :
Sv = Sd + (qo +q)H, (N) (4.39) qo - trọng l−ợng đơn vị của một mét bộ phận kéo, N/m;
qo = qb + qg (4.40)
qb - trọng l−ợng đơn vị của băng trên một mét bộ phận kéo, N/m;
qb = γbB(δ1 + δi + δ2 ) (4.41) γb - trọng l−ợng riêng của băng, N/m3;
δ1 - chiều dày lớp cao su ở phía tiếp xúc với vật liệu vận chuyển, m;
δ - chiều dày của một lớp vải tẩm cao su, m; i - số lớp vải trong băng;
δ2 - chiều dày lớp cao su tiếp xúc với con lăn, m;
qg - trọng l−ợng đơn vị của gầu trên một mét bộ phận kéo, N/m; q - trọng l−ợng đơn vị của vật tải trên một mét bộ phận kéo,
N/m; g v v Q q 6 , 3 γ = (4.42)
γ - trọng l−ợng riêng của vật liệu, N/m3 ; Qv - năng suất thể tích của gầu tải, m3/h;
`
Hình 4.8 Phân bố lực căng bộ phận kéo ở gầu tải
H - khoảng cách hai tâm của tang dẫn động và tang phụ động dẫn, m;
Sức căng Sd tại điểm rời tang căng :
Sr Sv q0 + q q0 H Smin Sd
Sd = Smin + ΣW ; (4.43) Smin - lực căng ở điểm vào tang căng, N;
Với gầu tải thẳng đứng băng kéo với tang trơn tự do, trị số của Smin đ−ợc xác định nh− sau : ( ) 1 min − + − + = àα àα e W He q H q q S o o (4.44)
à - hệ số ma sát giữa băng và tang ; ∝ - góc ôm giữa băng và tang, rad ;
W - lực cản chuyển động của bộ phận kéo, N;
W = Wd + Wx (4.45) Wd - lực cản trục d−ới, N; Wd = kSmin (4.46) k - hệ số lực cản ; Wx - lực cản xúc vật liệu, N; Wx = k1q, N; (4.47)
k1- hệ số phụ thuộc vào vận tốc và kích th−ớc vật liệu vận chuyển, trị số của nó đ−ợc lấy trong khoảng từ 2 ữ 5.
Lực kéo đầu ra tang dẫn :
Sr = Smin + qoH, N; (4.48) Lực vòng trên tang dẫn đ−ợc xác định theo công thức :
P = (Sv - Sr)(1 + à), N; (4.49)
4.2.5. Xác định công suất của động cơ
Công suất trên trục tang dẫn:
η 1000 g t Pv N = , kW (4.50)
η- hiệu suất truyền động. Công suất trên trục động cơ :
Công suất trên trục tang dẫn đ−ợc xác định theo công thức (4.50). Với các thông số ban đầu : H = 2,8m; B = 0,25m; i = 4; δ1 = 4; δ2 = 2; δ = 1,3; γb = 11.500N/m3; γv = 6300N/m3; à = 0,3; α = 180o; k = 0,04; k1 = 4, vg = 1,25m/s; η = 0,9 vào các công thức từ (4.37 ữ 4.50), ta xác định đ−ợc:
Công suất trên trục tang dẫn : Nt = 0,442kW
Công suất cần thiết của động cơ Nđc = 1,2Nt = 1,2. 0,442 = 0,53kW. Chọn động cơ điện giảm tốc có công suất: Nđc = 0,75kW, số vòng quay đầu ra n = 100v/ph.
Khi mở rộng quy mô chăn nuôi, nhu cầu cung cấp thức ăn thay đổi. Để đảm bảo cung cấp đủ l−ợng thức ăn mà không cần thay thế hay cải tiến gầu tải thì phải thay đổi thời gian hoạt động của gầu tải. Nếu tăng quy mô chăn nuôi lên thì thời gian làm việc của gầu tải cũng phải tăng lên.
4. 3. Vít tải
4.3.1. Năng suất vít tải
Năng suất vít tải đ−ợc xác định theo công thức chung:
(D d )Sn C Qv π γvϕ 4 60 2 2 − = (4.52)
Qv - Năng suất máy, kg/giờ;
D, d- Đ−ờng kính ngoài và trong của vít xoắn, m; S - B−ớc của vít xoắn, m;
n - Số vòng quay của vít xoắn, vg/ph;
γv - Khối l−ợng thể tích của vật liệu vận chuyển, kg/m3; ϕ - Hệ số nạp đầy, với vật liệu vận chuyển dạng hạt ϕ= 0,35 ữ0,45; dạng bột ϕ= 0,45 ữ0,55.
4.3.2. Xác định các kích th−ớc cơ bản của vít tải
Những thông số cơ bản về kích th−ớc của vít tải là đ−ờng kính D và b−ớc vít S của vít xoắn. Để tính đ−ờng kính ngoài của vít xoắn ng−ời ta dựa vào công thức tính năng suất của vít xoắn theo công thức (4.52). Để đơn giản trong việc tính toán thì đ−ờng kính D của vít xoắn đ−ợc xác định sơ bộ theo công thức: 3 28 , 0 C n Q D v v ϕγ ε = (4.53) ε- Hệ số hình dạng vít xoắn: D S = ε
B−ớc vít của vít xoắn đ−ợc xác định theo đ−ờng kính D của vít xoắn :
S = ε D = (0,8ữ1)D (4.54)
Thay các giá trị: Qv = 5.000kg/h; n = 50vg/ph; ϕ = 0,45; γv = 630kg/m3; C = 1,0 (vít tải đặt nằm ngang) vào ph−ơng trình (4.53) ta xác định đ−ợc:
Đ−ờng kính ngoài của vít xoắn: D = 203mm. Chọn D = 200mm. B−ớc của vít xoắn: S = 0,9D = 180mm.
4.3.3. Xác định công suất vít tải
Công suất trên trục vít xoắn Nv đ−ợc xác định theo công thức:
3600 c v v Lgk Q N = , kW (4.55)
L - Chiều dài vít tải, m; g- Gia tốc trọng tr−ờng, m/s2;
kc - Hệ số lực cản.
Công suất cần thiết của động cơ:
η
v dc
N
Với Qv = 5.000kg/h; L = 5,9m; k = 5; g = 9,81m/s2; η = 0,9, ta xác định đ−ợc: công suất trên trục vít: Nv = 0,401kW
Công suất cần thiết của động cơ: Nđc = 0,455 kW. Chọn động cơ điện - giảm tốc có công suất N = 0,75kW, số vòng quay đầu ra n = 50v/ph.
Khi mở rộng quy mô chăn nuôi, nhu cầu cung cấp thức ăn thay đổi. Để đảm bảo cung cấp đủ l−ợng thức ăn mà không cần thay đổi thiết kế và lựa chọn lại động cơ cho vít tải thì phải thay đổi thời gian hoạt động của vít tải t−ơng ứng với sự thay đổi về quy mô chăn nuôi. Nếu tăng quy mô chăn nuôi lên thì thời gian làm việc của vít tải cũng phải tăng lên.
Ch−ơng 5
Kết quả khảo nghiệm và ứng dụng hệ thống thiết bị cung cấp thức ăn trong thực tiễn sản xuất
Tiến hành khảo nghiệm hệ thống thiết bị cung cấp thức ăn tại trại Chăn nuôi gia cầm x4 Quảng Vinh huyện Quảng Điền tỉnh Thừa Thiên - Huế.
Thức ăn sử dụng trong chuồng nuôi là thức ăn viên "con cò" do Công ty thức ăn Đồng Nai sản xuất và thức ăn bột do các cơ sở chế biến thức ăn địa ph−ơng sản xuất. Một số tính chất cơ lý có liên quan đ−ợc xác định trong phụ lục 1.
5.1. Gầu tải
Xác định năng suất và chi phí điện năng riêng gầu tải bằng cách bấm giây và cân khối l−ợng thức ăn.
Năng suất gầu tải đ−ợc tính theo công thức:
τ
q
Q=60 (tấn/h) (5.1)
q- Khối l−ợng thức ăn gầu tải vận chuyển đ−ợc trong thời gian τ, (tấn). τ- Thời gian vận chuyển, (ph).
Chi phí năng l−ợng riêng đ−ợc tính theo công thức:
q a Nr
250
= (kWh/tấn) (5.2)
a- Số vòng quay của đĩa công tơ, kWh.
Thí nghiệm đ−ợc lặp lại 3 lần. Kết quả thí nghiệm đ−ợc ghi trong bảng 5.2. Bảng 5.2. Các thông số kinh tế - kỹ thuật của gầu tải