Phần 5 Kết luận và kiến nghị
4.12. Cấu tạo đĩa cố định
Đĩa cố định có nhiệm vụ như là một cái khung để lắp các chi tiết của bộ phận gieo hạt nên u cầu phải cứng vững và có kích thước theo u cầu của các chi tiết lắp trên nó. Với các kết quả tính tốn và chọn đường kính của đĩa gieo thì đường kính của đĩa cố định dcđ (mm) chọn là 270 mm, có chiều dầy δcđ (mm) là 6 mm, chọn thành đĩa có chiều cao htđ (mm) là 50 mm để lắp thùng và buồng nhả hạt. Trên đĩa cắt 2 lỗ (lỗ cố định) để hạt trên đĩa gieo rơi qua với chiều dài lỗ Slcđ (mm) là 50 mm và chiều rộng Blcđ (mm) là 25 mm. Cấu tạo đĩa cố định được cho trong hình 4.12.
78
* Ống dẫn hạt:
Ống dẫn hạt được lắp dưới lỗ của đĩa cố định, kích thước phần lắp với đĩa cố định bằng kích thước của lỗ cố định Slcđ (mm) và thu lại tới đường kính d0. Điểm cuối của ống được đặt sát với trụ rạch hàng để tránh hiện tượng rãnh bị lấp khi hạt chưa được gieo. Sự phân tán theo phương ngang của luống phụ thuộc vào bề rộng rãnh và kích thước ống nhả hạt, do đó cùng với các kết quả nghiên cứu ở trên và để thuận lợi cho các khâu sau, chọn ống là trụ trịn có đường kính trong d0 = 40 mm. Tuy nhiên, để đảm bảo khoảng cách hạt gieo thì một vấn đề đặt ra là trong quá trình hạt di chuyển trong ống, cần hạn chế sự va chạm của hạt vào thành ống. Do đó, cần phải nghiên cứu xác định quỹ đạo của hạt khi rơi làm cơ sở xác định hình dáng của ống và vị trí đặt ống dưới đĩa cố định.
Gọi T là điểm đặt tâm ống, T cũng là trọng tâm của hạt khi rơi ra khỏi đĩa gieo. Chuyển động của hạt vào ống dẫn được mô tả bằng sơ đồ động như hình 4.13, coi chuyển động của hạt là chuyển động của chất điểm có quỹ đạo là đường cong Parabol không gian. Tọa độ của hạt (xh, yh, zh) ở một điểm bất kỳ được xác định theo hệ phương trình 4.34: Hình 4.13. Sơ đồ xác định điểm đặt ống dẫn hạt { ( ) ( )
79
Có thể thấy quỹ đạo chuyển động của hạt phụ thuộc vào các yếu tố: vận tốc của hạt khi ra khỏi lỗ đĩa vh (vh = vlđ), chiều cao rơi hr (mặt đĩa cố định đến mặt rãnh), vận tốc tiến của LHM vm, vị trí lỗ cố định (điểm đặt ống) và bề rộng
hàng kép bk. Kết quả tính tốn khi lấy xh= bk/2 = 75 mm và zh = hr = 500 mm, vận tốc hạt khi ra khỏi lỗ đĩa vh = 0,308 thì vị trí đặt ống dẫn hạt là = 21051’.
Như vây, quỹ đạo chuyển động của hạt trong ống là đường cong Parabol không gian. Để đảm bảo khoảng cách hạt trên hàng thì cần hạn chế sự vao chạm của hạt vào thành ống. Do đó, ngồi việc để vị trí ống dẫn hạt đúng vị trí thì cần giữ tốc độ của LHM ổn định, đồng thời hạn chế dao động máy.
4.2. MƠ HÌNH TỐN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA BỘ PHẬN BÓN PHÂN
Lượng phân ra khỏi cửa xả của thùng phụ thuộc vào diện tích cửa xả, hình dạng và cơ tính của phân, nhưng cũng phụ thuộc vào lượng phân mà trục cuốn lấy đi. Nếu lượng phân mà trục cuốn lấy đi nhỏ hơn lượng phân mà cửa xả có thể cung cấp thì lượng phân qua cửa xả của thùng cũng chỉ bằng lượng phân trục cuốn lấy đi. Do đó, để đảm bảo lượng cung cấp cho trục cuốn thì cần tính tốn cửa xả theo điều kiện làm việc của trục cuốn. Như vậy, có thể thấy đối với bộ phận bón phân là cần tính tốn và xác định mối quan hệ giữa tiết diện của cửa xả và tốc độ quay của trục cuốn, với một số giả thiết sau:
* Một số giả thiết cho các mơ hình tính tốn bộ phận bón phân:
- Coi hạt phân là chất điểm trong mơ hình động lực học;
- Bỏ qua các lực cản của gió, khơng khí và lực qn tính Coriolis;
- Phân bón chuyển động trong hệ quy chiếu quán tính và chuyển động đều khi qua các tiết diện như cửa xả và ống dẫn.
4.2.1. Xác định lượng phân qua cửa xả
Gọi mp là lượng phân qua cửa xả của thùng trong một giờ (của một bộ phận bón phân), kg/h. Theo yêu cầu, lượng phân cần bón cho 1ha đậu tương là 450 ÷ 600kg, với năng suất của máy dự kiến là 0,3 ha/h và máy có 2 bộ phận bón phân nên tơi chọn lượng phân lượng phân cần thiết để bón trong một giờ của một bộ phận bón phân là 60 ÷ 90 kg/h, làm cơ sở tính tốn thiết kế và xây dựng mơ hình tính tốn bộ phận bón phân.
80
Theo các tác giả Vũ Bá Minh & Hoàng Minh Nam (1998), Đoàn Tài Ngọ & cs (2000), lượng phân qua cửa xả của thùng được xác định theo công thức:
Vận tốc dòng phân vxp (m/s) qua của xả được xác định theo công thức:
√
trong đó: Fx là diện tích mặt cắt ngang dịng phân tại cửa xả, mm2
fx là hệ số chảy của cửa xả phân, fx = tanαp = 0,65 (αp là góc tự chảy của phân được xác định bằng phương pháp thực nghiệm, αp= 330)
dp là khối lượng thể tích của phân (chọn phân thí nghiệm là phân NPK Đầu Trâu 13-13-13+TE), dp = 950 kg/m3
Rtl là bán kính thủy lực của cửa xả phân, m
( )
trong đó:
Ax là chu vi của cửa xả phân, m bx là chiều dài cửa xả phân, m ex là chiều rộng cửa xả phân, m. Như vậy, lượng phân qua cửa xả:
√
Bảng 4.4. Bảng kết quả tính lượng phân qua cửa xả
Thông số Đơn vị Giá trị
ex mm 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 mp kg/h 63,9 70,1 76,3 82,7 89,2
Thay số vào công thức 4.38 với chiều dài cửa xả phân chọn trước bx bằng 15 mm, ta được kết quả tính tốn lượng phân qua cửa xả mp (kg/h) theo chiều rộng cửa xả phân ex, bảng 4.4. Lý thuyết tính tốn cửa xả cho bộ phận bón phân trình bầy ở trên coi phân là phần tử có kích thước vơ cùng nhỏ nhưng thực tế
81
phân lại là hạt có kích thước (1 ÷ 3 mm), mặt khác lượng phân qua của xả trong một giờ chỉ 60 ÷ 90 kg/h nên kết quả tính tốn cho thấy tiết diện cửa xả cũng có giá trị trong khoảng nhỏ (bx = 15 mm, ex = 6,7 ÷ 9,1 mm). Do đó, nếu áp dụng hồn tồn kết quả tính tốn lý thuyết vào thực tế sẽ khơng chính xác. Nhưng đây là cơ sở quan trọng để lựa chọn vùng kích thước của cửa xả trong nghiên cứu thực nghiệm.
4.2.2. Năng suất và hệ số nạp của trục cuốn
Trục cuốn có nhiệm vụ nhận phân từ thùng thông qua cửa xả theo đúng khối lượng cần thiết và đưa vào ống dẫn phân. Ngồi ra cịn phải đảm bảo mật độ phân đồng đều, do đó yêu cầu việc lấy và đổ phân của các rãnh trục cuốn phải liên tiếp hoặc xen kẽ nhau, không để hiện tượng ngắt quãng. Để không làm thay đổi (khơng giảm) vận tốc dịng xả phân qua cửa xả liệu của thùng phân và tránh hiện tượng kẹt phân thì lượng phân mà trục cuốn có thể lấy đi phải lớn hơn hoặc bằng lượng phân qua cửa xả liệu, tức là hệ số nạp đầy của trục cuốn phải nhỏ hơn 100%.
Hình 4.14. Mơ hình tính tốn trục cuốn
Năng suất làm việc của trục cuốn được xác định thơng qua thể tích của rãnh trục cuốn. Coi phân chỉ nạp trong phần hình trụ của rãnh trục cuốn, diện tích phần nạp liệu là tổng các tiết diện hình trịn như hình 4.14. Như vậy, năng suất làm việc của trục cuốn được xác định theo công thức:
82
Ψn là hệ số nạp đầy (tỷ số giữa thể tích phân chứa trong rãnh với thể tích của rãnh), %
dp là khối lượng thể tích của phân, kg/m3 Zt là số rãnh trên trục cuốn, rãnh
dr là đường kính rãnh trục cuốn, m Lt là chiều dài rãnh trục cuốn, m
nt là số vòng quay của trục cuốn, vòng/phút.
Nếu giả thiết coi phân bón là hạt khơng kích thước, lượng phân trong buồng đủ nhỏ thì lực liên kết của phân coi bằng không, ma sát giữa phân với thành và mặt ngồi trục cuốn khơng đáng kể. Như vậy, phân chỉ chịu tác dụng của trọng lực và rơi tự do vào rãnh trục cuốn tại mọi điểm khác nhau trong vùng nạp, lượng phân qn (kg) được nạp vào rãnh trục cuốn:
trong đó:
ln là chiều dài buồng nạp phân, m. Lấy bằng ½ đường kính ngồi trục cuốn (ln = Dt/2);
hn là chiều cao rơi của phân tại một vị trí trong buồng nạp vào rãnh trục cuốn, m.
Coi phân rơi tự do vào rãnh khi cửa nạp của rãnh đi qua buồng nạp, chiều cao rơi của phân được xác định theo công thức:
(
)
trong đó: cn là bề rộng cửa nạp phân của rãnh trục cuốn, m. Lấy bằng ½ đường kính rãnh trục cuốn (cn = dr/2).
Hệ số nạp đầy Ψn (%) được xác định theo công thức:
Do đó, năng suất làm việc của trục cuốn cũng có thể xác định theo công thức 4.41:
83
trong đó: Dt là đường kính ngồi trục cuốn, m.
Theo cơng thức 4.39 và 4.41, năng suất làm việc của trục cuốn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như: các thông số hình học của trục cuốn và buồng nạp, khối lượng thể tích của phân, thời gian rãnh trục cuốn nằm ở vùng nạp phân (thời gian lấy phân). Có thể thấy, thời gian lấy phân phụ thuộc vào chiều dài buồng nạp phân và số vòng quay của trục cuốn. Nếu cho trước các thơng số hình học của trục cuốn thì khả năng làm việc của trục cuốn chỉ còn phụ thuộc vào hệ số nạp đầy và tốc độ quay của trục cuốn.
- Nếu số vòng quay của trục cuốn nhỏ hơn số vòng quay nnđ (số vòng quay nạp đầy), thì thời gian lấy phân của rãnh trục cuốn lớn, hệ số nạp liệu sẽ bằng hoặc lớn hơn 1 (phân sẽ được nạp cả phần thể tích ngồi trụ tròn). Lượng phân trục cuốn lấy đi nhỏ hơn lượng phân qua cửa xả.
- Nếu số vòng quay của trục cuốn nằm trong khoảng nnđ< nt< n0 (n0 là số vịng quay mà tại đó khả năng lấy phân của trục cuốn bắt đầu giảm đi), thì thời gian lấy phân của rãnh trục cuốn giảm, hệ số nạp liệu giảm dần nhưng lượng phân trục cuốn lấy được trong một đơn vị thời gian là không đổi và bằng lượng phân qua của xả.
- Nếu số vòng quay của trục cuốn lớn hơn n0, thì thời gian lấy phân càng
giảm, lượng phân trục cuốn lấy được trong một đơn vị thời gian giảm và nhỏ hơn lượng phân có thể qua cửa xả. Khi số vòng quay của trục cuốn đạt giá trị nmax thì thời gian lấy phân coi bằng khơng, rãnh trục cuốn không nhận được phân, tức là năng suất làm việc của trục cuốn coi như bằng khơng.
Vì điều kiện và thời gian nên trong nghiên cứu này chỉ tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc (số vòng quay) đến khả năng làm việc hay năng suất của trục cuốn. Theo kết quả tính tốn về thể tích chứa của thùng và điều kiện để phân trượt theo đáy chóp vào cửa xả, lấy đường kính ngồi Dt của trục cuốn là 110 mm, chiều dài trục cuốn Lt lấy bằng 50 mm.Với kết quả thí nghiệm sơ bộ về bộ phân bón phân như đã trình bầy ở trên (phụ lục), lấy đường kính của rãnh trục cuốn dr là 18 mm và số rãnh trục cuốn Zr là 10 rãnh, chọn hệ số nạp đầy của rãnh trục cuốn Ψn bằng 70% (vùng thích hợp nhất 50 ÷ 70 %).
84
Theo công thức 4.41, ta có bảng kết quả tính tốn số vịng quay để trục cuốn đạt năng suất theo yêu cầu, khi cho hệ số nạp lần lượt bằng 100% và 70%, bảng 4.5.
Bảng 4.5. Kết quả tính số vịng quay của trục cuốn
TT Qt (kg/h) Ψn (%) nt (vòng/phút) 1 60 100 8,28 2 70 11,82 3 65 100 8,97 4 70 12,81 5 70 100 9,66 6 70 13,80 7 75 100 10,35 8 70 14,78 9 80 100 11,04 10 70 15,77 11 85 100 11,73 12 70 16,75 13 90 100 12,42 14 70 17,74
Từ cơng thức 4.41 ta có thể xác định số vòng quay của trục cuốn ntc (vịng/phút) để phân có thể rơi tự buồng nạp vào rãnh trục cuốn, nhưng để tính đến các yếu tố như: phân bón là hạt có kích thước; phân bố của phân trong vùng nạp không đều; lực cản chuyển động của dòng phân xuống rãnh trục cuốn do ma sát (hình 4.15): lực ma sát với lị xo dẫn hướng (F1), lực ma sát với khối phân không chuyển động (F2) và ma sát với mặt ngoài trục cuốn (F3),... làm giảm tốc độ nạp phân vào rãnh trục cuốn thì cần làm giảm tốc độ của trục cuốn so với lý thuyết, đưa thêm hệ số giảm tốc độ quay của trục cuốn kgi (hệ số này được xác định bằng thực nghiệm):
( ) √
Kết quả thí nghiệm cho thấy hệ số kg phụ thuộc vào số vòng quay của trục cuốn nt (vịng/phút):
85
- Với nt = 10 ÷ 20 (vịng/phút) thì hệ số kg 0,35.
- Với nt = 20 ÷ 30 (vịng/phút) thì hệ số kg 0,34.
Hình 4.15. Lực tác dụng lên hạt phân
Với các thơng số hình học cho trước: chiều dài buồng nạp bằng 55 mm và của trục cuốn như trình bầy ở trên. Kết quả tính tốn quan hệ giữa các thơng số hình học của bộ phận bón phân, hệ số nạp đầy, số vòng quay và năng suất của bộ phận bón phân cho trong bảng 4.6.
Bảng 4.6. Kết quả tính năng suất của trục cuốn
TT n hn (mm) nt (vòng/phút) Qt (kg/h) 1 0,2 1,02 34,74 50,36 2 0,3 1,53 30,14 65,53 3 0,4 2,03 26,10 75,67 4 0,5 2,54 23,34 84,60 5 0,6 3,05 21,31 92,68 6 0,7 3,56 20,31 103,05 7 0,8 4,07 19,00 110,16 8 0,9 4,58 17,91 116,85 9 1,0 5,09 16,99 123,17
(Coi lượng cung cấp qua cửa xả của thùng phân bằng năng suất của trục cuốn)
Bảng 4.5 cho thấy để trục cuốn đạt được năng suất theo yêu cầu thì trục cuốn phải đạt số vịng quay tối thiểu tương ứng. Muốn trục cuốn đạt năng suất 60 kg/h thì trục cuốn phải đạt tốc độ quay tối thiểu là 8,28 vòng/phút.
86
Bảng 4.6 cho thấy nếu trục cuốn quay nhanh hơn 16,99 vịng/phút thì lượng phân mà rãnh trục cuốn lấy được sẽ giảm, tức là hệ số nạp đầy np ≤ 100% dù lượng cung cấp có lớn hơn. Trục cuốn quay với tốc độ 24,83 vịng/phút thì hệ số nạp đạt 50% và năng suất đạt 90 kg/h.
4.3. NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH LIÊN HỢP MÁY GBĐ
Khi máy móc làm việc nói chung đều xảy ra dao động, biên độ và tần số dao động phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cấu tạo, liên kết trong máy và các kích động bên ngồi. Có những rung động tạo ra là có chủ ý như máy sàng phân loại, máy nghiền,… Tuy nhiên, hầu hết rung động là khơng mong muốn, nó khơng những làm tăng tải trọng tác dụng lên chi tiết, giảm tuổi thọ máy mà còn làm giảm chất lượng làm việc của máy (Lê Minh Lư, 2002; Adam, 2011).
Đối với các máy gieo hạt kết hợp với bón phân cho đậu tương khi làm việc trên đồng ruộng, dao động của LHM có thể ảnh hưởng đến chất lượng làm việc của các bộ phận làm việc chính, như khả năng lấy hạt và giữ hạt của lỗ đĩa bộ phận gieo, khả năng lấy phân của trục cuốn bộ phận bón phân, làm mất khoảng, giảm mật độ cây và phân bón so với yêu cầu. Khi làm việc trong điều kiện thực tế thì rất phức tạp, dao động của máy GBĐ bao gồm dao động trong các mặt phẳng quán tính chính trung tâm. Tuy nhiên, theo các phân tích cho thấy, dao động trong mặt phẳng thẳng đứng dọc của máy là dao động có ảnh hưởng nhiều nhất đến chất lượng làm việc của các bộ phận chính. Chính vì vậy trong nội dung này tác giả sẽ xây dựng mơ hình khảo sát dao động của máy GBĐ khi liên hợp với máy kéo và di chuyển trên mặt đồng, làm cơ sở cho việc lựa chọn kết cấu của máy, phân bố vị trí đặt các bộ phận làm việc chính và lựa chọn chế độ làm việc hợp lý cho LHM khi làm việc trong các điều kiện đồng ruộng khác nhau.
4.3.1. Xây dựng mơ hình ổn định liên hợp máy GBĐ
Mặc dù điều kiện thực tế có thể khác nhau và phức tạp, để thuận lợi cho quá