Chương 2 : Mục tiêu, đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu
3.3. Thiết kế hoàn thiện các bộ phận làm việc chính của máy bón phân
3.3.3.2. Bánh đè viên phân
Hình: 3.17: Cụm bánh đè
1-Bánh đè, 2-Trụ bánh, 3-Trục bánh, 4- Đai ốc hãm.
Bánh đè không tạo ra rãnh để vùi lấp viên phân mà trực tiếp đè lên viên phân để dìm viên phân xuống dưới mặt ruộng. Sau bánh đè cần có trang lấp viên phân.
Cấu tạo của cụm bánh đè thể hiện trên hình 3.18.
Qua thử nghiệm trên ruộng, nhận thấy bánh đè viên phân có kết cấu đơn giản, lực cản lăn nhỏ hơn kiểu lưỡi rạch thẳng, nhưng có hiện tượng viên phân có hiện tượng bị xê dịch khơng đúng vị trí, khoảng cách bón khơng đảm
45
bảo do khi bánh xe chuyển động gần tới viên phân trên rơi trên mặt đồng làm lớp bùn xung quanh viên phân bị dao động đẩy viên phân về phía trước hoặc sang hai bên mép bánh xe làm cho bánh đè không đè đúng viên phân. Khoảng cách viên phân dịch chuyển so với vị trí ban đầu phụ thuộc vào chất lượng ruộng nếu ruộng càng nhuyễn thì khoảng cách dịch chuyển so với vị trí ban đầu càng xa, nếu mặt ruộng đã se lại và cạn nước thì khoảng cách viên phân dịch chuyển là nhỏ so với vị trí ban đầu. Ngồi ra độ sâu vùi viên phân khơng đảm bảo như loại lưỡi rạch thẳng, đặc biệt khi ruộng có nhiều rơm rạ.
3.3.3.3. Bộ phận vùi lấp viên phân kiểu dìm miết.
Chúng tôi cũng đã thử nghiệm bộ phận vùi lấp viên phân kiểu dìm miết, có hình dạng như hình 3-19.
Hình 3.18. Bộ phận vùi lấp viên phân kiểu dìm miết.
Cấu tạo của bộ phận này rất đơn giản. Nó gồm một trụ vng 20x20x1,2mm có sẻ rãnh để ống dẫn phân đưa viên phân rơi vào trong. Trên trụ có khoan các lỗ để điều chỉnh độ cao thấp trên khung máy. Bên dưới gồm các sợi inox có đường kính 3mm uốn cong song song cách đều nhau để tránh bùn đất dính vào các sợi đồng thời trượt dìm cỏ rác và viên phân dễ dàng.
46
Khi viên phân từ ống dẫn phân rơi vào trong trụ rồi rơi xuống mặt đồng được các sợi inox phía trên dìm miết xuống độ sâu như yêu cầu nông học. Mặt khác vì các sợi có khoảng cách với nhau nên khi các sợi trượt trên mặt đồng thì bùn đất sẽ tự lấp vào vết trượt đó. Độ cong của các sợi inox được chọn sao cho các phần tử đất cũng như viên phân có thể trượt xi về phía cuối ống miết mà khơng bị đẩy về phía trước theo chiều tiến của máy.
Nhận xét: Cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ đảm bảo chắc chắn dìm được viên phân do viên phân buộc phải rơi từ trong trụ xuống giữa các sợi bao quanh. Tuy vậy vẫn có hiện tượng viên phân trượt dài trên mặt đồng rồi mới được vùi xuống ruộng nên làm thay đổi khoảng cách giữa các viên phân không đúng với yêu cầu nông học. Nguyên nhân gây ra sự đẩy viên phân về phía trước có thể do các sợi thép bị biến dạng nên các thỏi đất quánh bị kẹt tại khe giữa các sợi thép, hoặc do mặt ruộng mấp mơ làm bùn đất dính vào phía trên ống miết, ngăn càn khơng cho viên phân rơi xuống mặt ruộng được.
3.3.3.4. Bộ phận vùi lấp kiểu lưỡi rạch nghiêng
Theo lý thuyết về biến dạng và lực cản biến dạng của đất, nếu ta có thể tạo ra ứng suất kéo k, ứng suất nén n và ứng suất cắt c trên khối đất thì
ln ln nhận được quan hệ:
k < c < n.
Như vậy có nghĩa là để tốn ít năng lượng nhất, về nguyên tắc, ta nên tạo ra ứng suất kéo trên khối đất, sau đó là ứng suất cắt. Việc tạo ra ứng suất nén trên khối đất sẽ tốn nhiều năng lượng nhất. Tuy nhiên việc tạo ra ứng suất kéo trên khối đất trên thực tế rất khó khăn nên chọn lựa cịn lại sẽ là tạo ra ứng suất cắt để gây biến dạng phá hủy thỏi đất, nên tránh gây biến dạng bằng cách nén khối đất.
Trên cơ sở lý luận trên, có thể giải thích ngun nhân gây ra lực cản lớn với lưỡi rạch thẳng chính vì nó tạo ra rãnh đất bằng cách nén ép đất sang hai
47
bên. Khi lấp viên phân lại dùng trang nén đất từ trên xuống để tạo ra sự dịch chuyển ngang của khối đất nhằm xóa rãnh và vùi lấp viên phân.
Cũng từ sự phân tích trên, chúng tơi đề xuất sử dụng lưỡi rạch nghiêng để tạo rãnh trên mặt ruộng, có cấu tạo như chỉ ra trên hình 3.20.
Hình 3.19. Lưỡi rạch nghiêng
Lưỡi rạch nghiêng có cấu tạo như hình 3-23. Phần lưỡi rạch được đặt nghiêng một góc 45o so với trụ của lưỡi. Ống dẫn phân được gắn trên trụ.
Trụ được gắn trên khung máy và có thể điều chỉnh được độ cao trên máy để tạo ra độ nông sâu khác nhau của viên phân theo yêu cầu nông học
Nguyên lý hoạt động: Khi khi máy chuyển động kéo theo lưỡi chuyển động thẳng sẽ rạch nghiêng, rạch đất và nâng đất lên tạo ra khe hở giữa lưỡi rạch với mặt ruộng khoảng 3cm để viên phân rơi vào đó từ ống dẫn phân. Như vậy kiểu lưỡi rạch này không ép đất sang hai bên mà cắt và nâng đất lên phía trên. Viên phân được dẫn theo lòng trụ lưỡi và rơi vào rãnh. Phần dưới trụ lưỡi được đặt nghiêng để hướng dẫn đường đi của viên phân. Sau khi lưỡi rạch đi qua phần đất được nâng lên sẽ tự ập xuống do trọng lượng bản thân nó và lấp kín viên phân. Để san phẳng mặt ruộng và đảm bảo chắc chắn viên phân được vùi lấp tốt, có thể sử dụng trang phẳng lắp phía sau máy.
48
Qua thử nghiệm loại lưỡi rạch nghiêng, có thể nhận thấy lưỡi rạch nghiêng cắt và nâng đất tốt, lực cản tạo rãnh và lực cản làm việc của trang đất làm phẳng mặt ruộng nhỏ. Để viên phân chắc chắn rơi xuống đáy rãnh, bề rộng rãnh xẻ cần đủ rộng tránh cho viên phân bị dính vào thành rãnh làm giửm độ sâu vùi viên phân.
So sánh các loại bộ phận rạch và vùi lấp viên phân trên, chúng tôi chọn lưỡi rạch nghiêng để tạo rãnh và trang đất để vùi lấp bổ sung và làm phẳng mặt ruộng sãn sàng cho máy sạ hàng sạ lúa kéo theo sau.
3.3.4. Các bộ phận khác
Các bộ phận cịn lại của máy bón phân viên nén (khung máy, cụm tay kéo) được làm bằng thép hình, tiết diện vuông hoặc chữ V, đảm bảo độ bền, độ cứng vững cho khung máy. Bánh xe có mấu bám được làm bằng nhựa đảm bảo giảm tối đa độ trượt của bánh xe, giảm khối lượng và giá thành máy.
3.3.5. Thiết kế kết cấu máy bón phân viên cho lúa
3.3.5.1. Kết cấu một nhánh bón
Từ các kích thước và kết cấu đã chọn của các bộ phận làm việc chính của máy bón phân, ta đi thiết kế một nhánh bón. Máy hồn chỉnh sẽ được tạo thành bằng cách lắp liên tiếp các nhánh bón lên khung máy.
Nhánh bón có trục lắp trực tiếp trên trục bánh xe nên độ cao tâm trục trống phụ thuộc độ cao bánh xe đã chọn.
Kết cấu và các bộ phận chính của một nhánh bón thể hiện trên hình 3.21.
49
Mỗi nhánh bón gồm một bộ phận cung cấp và một lưỡi rạch. Bộ phận cung cấp (trống bón) có phần tĩnh là nắp trống được bắt cố định trên giá của nhánh bón. Phần quay của trống bón lắp đồng trục và quay cùng với trục bánh xe. Giá bắt nhánh bón được cố định trên thanh ngang của khung. Trên hai nhánh bón ngồi cùng lắp trang làm phẳng. Độ sâu bón được điều chỉnh nhờ nâng hạ trụ lưỡi rạch.
3.3.5.2. Thiết kế máy bón phân
Căn cứ theo các số liệu thử nghiệm, lực cản kéo của máy bón phân viên nén khá lớn nên ta chọn số nhánh bón là 4. Qua thử nghiệm thấy rằng số nhánh bón như vậy là phù hợp. Kết cấu máy thể hiện trên hình 3.22, 3.23 và 3.24.
Hình 3.21. Máy bón phân viên nén lấp sâu 4 nhánh bón.
3.4. Thiết kế liên hợp máy
3.4.1. Giới thiệu về máy sạ hàng lúa
Trên các vùng miền của nước ta hiện có nhiều máy sạ hàng lúa đang được sử dụng, nhưng phổ biến hơn cả là máy sạ hàng lúa của cơ sở Hoàng Thắng (Cần Thơ) ở các tỉnh phía Nam và máy của cơ sở Tuyết Thành (Bắc Giang) ở miền Bắc. Các loại máy này về có cấu tạo và kích thước cơ bản không khác nhau đáng kể. Các máy có thể có số trống sạ và số hàng lúa sạ
50
được khác nhau, nhưng kích thước giữa các hàng lúa ln khơng đổi do kích thước các trống sạ đã được tiêu chuẩn hóa, cùng kích thước. Trên hình 3.25 là máy sạ hàng 4 trống của cơ sở Hồng Thắng.
Hình 3.22. Máy sạ hàng 4 trống.
Các kích thước chủ yếu của máy sạ hàng Hồng Thắng thể hiện trên hình 3.26.
51
3.4.2. Máy bón phân viên nén lấp sâu
Vì các máy sạ hàng đã được thương mại hóa, các thơng số kỹ thuật và kích thước có bản của máy phù hợp yêu cầu nông học, được sử dụng rộng rãi trên phạm vi cả nước nên chọn kích thước của máy sạ hàng làm căn cứ, máy bón phân viên nén được thiết kế và lắp ráp theo các kích thước của máy sạ hàng.
Để phù hợp với máy sạ hàng, máy bón phân viên nén và các kích thước chính của máy được thể hiện trên hình 3.27.
Hình 3.24. Các kích thước chính của máy bón phân viên nén lấp sâu 4 hàng.
3.4.3. Tổ chức sử dụng hai máy độc lập
Việc sử dụng kết hợp máy bón phân viên nén lấp sâu và máy sạ hàng để thực hiện đồng thời hai cơng việc bón phân và sạ hàng rất đơn giản. Vì máy bón phân đã được thiết kế và lắp ráp để tương thích với máy sạ hàng nên vấn đề còn lại chỉ là tổ chức sử dụng hai máy cho hợp lý.
52
Hình 3.25. Bố trí kết hợp hai máy độc lập
Người sử dụng máy bón phân kéo máy đi trước theo hướng đi đã chọn. Người sử dụng máy sạ hàng kéo theo sau, đi đúng vào lối đi của người đi trước sao cho bánh xe máy sạ trùng với vết bánh xe máy bón.
3.4.4. Thiết kế máy liên hợp hai chức năng
Ngồi phương thức liên kết thuần túy hai máy bón phân và sạ hàng lúa, có thể thiết kế máy thực hiện cả hai chức năng này trên một máy liên hợp.
Có 3 phương án thiết kế máy liên hợp là:
+ Phần sạ có 2 bánh xe, phần bón ghép vào phần sạ (phương án 1). + Phần bón có 2 bánh xe, phần sạ ghép vào phần bón (phương án 2) + Khả năng tổ hợp ngay trên 1 trục chung (phương án 3).
53
Mỗi phương án đều có những ưu điểm và nhược điểm của mình. Ta xem xét từng phương án trên.
3.4.4.1. Phương án 1: Phần sạ có 2 bánh xe, phần bón ghép vào phần sạ (hình 3.29). sạ (hình 3.29).
54
Trong phương án này, động lực được lấy từ bánh xe máy sạ hàng, trục bón nhận động lực qua bộ truyền xích từ trục sạ đến trục bón. Nhờ thay đổi các đĩa xích của bộ truyền xích ta có thể dễ dàng thay đổi khoảng cách giữa các viên phân trong hàng. Nhược điểm của phương án là trọng lượng máy dồn về phía trước đè nặng lên tay kéo. Để khắc phục nhược điểm này có thể lắp thêm bánh phụ hoặc thanh trượt vào phần trước của máy, vừa giảm trọng lượng đặt lên tay kéo vừa đảm bảo độ ổn định của độ sâu bón. Việc nối ghép hai phần chức năng (bón và sạ hàng) được thực hiện nhờ hệ thanh nối và mối ghép vít có tai hồng.
55
Theo phương án này, bánh xe được lắp trên trục bón, trục sạ nhận động lực từ trục bón qua bộ truyền xích. Nhờ chuyển bánh xe lên trục bón nên máy cân đối,trọng lượng đặt lên tay kéo không đáng kể.
Do phần lớn trọng lượng máy đặt lên bánh xe nên tăng trọng lượng bám của máy, khả năng trượt lê của bánh xe giảm so với phương án 1.
3.4.4.3. Phương án 3: Ghép cả trống bón và trống sạ trên cùng một trục.
Về ý tưởng, đây là phương án gọn nhất nhưng thực tế lại gặp phải một số khó khăn về khơng gian bố trí các trống theo chiều dọc trục và về bố trí hướng chuyển động của dịng phân bón và dịng hạt giống sạ từ các trống tương ứng.
Để tránh gặp khó khăn khi bố trí các trống bón và trống sạ theo phương dọc trục có thể tăng đường kính các trống, đồng thời tăng đương kính bánh xe đến mức hợp lý.
Tình trạng rải hạt giống khi ghép đồng trục thuần túy bộ phận bón và trống sạ diễn ra như trên hình 3.31.
56
Trên hình 3.31, điểm O là hình chiếu tâm trục bánh xe, cũng là tâm trống bón và trống sạ trên mặt ruộng. Điểm D là điểm tiếp xúc giữa trang đất và mặt ruộng.
Từ hình vẽ có thể thấy, nếu để cho các hạt giống rơi tự do từ trống sạ xuống mặt ruộng thì quỹ đạo rơi của chúng sẽ diễn ra theo đường AB, hạt giống sẽ rơi xuống điểm B nào đó rất gần điểm O cách điểm D khá xa. Điều này hiển nhiên không được phép. Nếu giữ nguyên độ cao bánh xe và kết cấu phần bón, dịng hạt lúa giống được hướng dẫn cho trượt trên mặt nghiêng (lớn hơn góc ma sát giữa hạt giống và vật liệu mặt trượt, thỏa mãn điều kiện trượt trên mặt nghiêng đó) thì hạt giống sẽ trượt theo đường AC. Điểm C vẫn nằm trước điểm D.
Một giải pháp hỗn hợp khả thi là vừa hướng các dòng hạt giống rơi về phía sau máy, vừa hướng các viên phân về phía trước máy đồng thời tăng đường kính trống (hình 3.32).
57
Bằng giải pháp hốn hợp trên, ta có thể lắp các trống bón và trống sạ trên cùng một trục ngang mà vẫn đảm bảo trật tự làm việc của máy: Bón, vùi lấp viên phân, trang phẳng trước khi hạt lúa rơi xuống mặt ruộng.
Kết luận: Để thực hiện theo giải pháp này, cần thiết kế lại tồn bộ phần bón phân và phần sạ hàng, từ đường kính các trống bón và trống sạ, kích thước bánh xe, các bộ phận hướng dẫn dòng viên phân và dòng hạt giống và khung máy. Nhiệm vụ này địi hỏi khá nhiều thời gian và cơng sức nên khơng trình bày trong luận văn này. Như vậy để phù hợp với điều kiện đồng bằng sông Cửu Long chúng tôi chọn phương án 2 để tập chung nghiên cứu đề tài.
58
Chương 4
PHƯƠNG PHÁP THỬ NGHIỆM MÁY
4.1. Thử nghiệm máy
* Tổng thể máy sau khi lắp hồn chỉnh:
Hình 4-1: Tổng thể máy bón phân viên nén cho lúa sạ hàng 1- Khung máy; 2- Bánh xe; 3- Trống quay; 5- Nắp trống; 6- Tay kéo; 7- Mặt đồng; 8- Lưỡi rạch; 9- Trang làm phẳng.
Mục đích:
- Kiểm tra khả năng làm việc của các bộ phận máy: cụm trống bón, lưỡi rạch hàng trong điều kiện thực tế.
- Đánh giá khả năng làm việc của máy: khoảng cách bón phân, lực kéo thích hợp để thắng lực cản đất do lưỡi rạch tác dụng lên mặt ruộng.
Các số liệu cần thu thập đánh giá:
59
- Quan sát hiện tượng kẹt hoặc gây hư hỏng viên phân, đánh giá.
- Xác định khoảng cách bón phân sau mỗi lần thử nghiệm (đo, ghi kết quả, xử lý số liệu kết quả thu được).
- Đưa ra những biện pháp khắc phục, sửa chữa cho các sai sót (nếu có).
4.2. Kết quả thử nghiệm
Để xác định bằng thực nghiệm một số thông số và sơ bộ đánh giá khả