1. Phân bón viên nén
2.4. Thử nghiệm một số kết cấu tách và cấp phân viên nén
Nguyên lý hoạt động chung của máy bón phân viên nén là tách các viên phân từ thùng chứa phân ra từng viên và lần lượt cấp cho bộ phận bón phân. Cơ cấu tách và cấp phân phải thực hiện tốt các chức năng sau:
- Tách rời từng viên phân ra khỏi thùng chứa một cách đều đặn và liên tục; - Vận chuyển từng viên phân để cấp sang cho bộ phận bón phân.
Dưới đây sẽ khảo sát một số cơ cấu khả dĩ đáp ứng các yêu cầu chức năng trên. Để đánh giá hiệu quả vận hành của từng cơ cấu, mỗi dạng cơ cấu đều được nhóm tác
giả chế tạo một mô hình thực để thử nghiệm. Các nội dung trình bày đều bao gồm
nguyên tắc hoạt động của cơ cấu – được tham khảo từ các tài liệu và phần đánh giá
thử nghiệm có được từ cơ cấu thử nghiệm tự chế tạo.
Các kiểu kết cấu tách và cấp phân được khảo sát bao gồm: cơ cấu cấp phân dạng đĩa, cơ cấu cấp phân dạng thìa múc, cơ cấu cấp phân dạng cam, cơ cấu cấp phân dạng vít me, cơ cấu cấp dạng băng tải, cơ cấu cấp phân dạng piston.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
30
Cơ cấu cấp phân dạng đĩa
Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của cơ cấu cấp phân dạng đĩa được trình bày trên hình 2.8.
Hình 2.8. Cơ cấu cấp phân dạng đĩa 1- thùng chứa phân, 2- chổi quét,
3- đĩa cấp phân, 4- ống dẫn
Với cơ cấu cấp phân dạng này, viên phân nén sẽ từ thùng chứa 1 sẽ rơi vào đĩa cấp phân 2 nhờ trọng lượng của viên phân nén. Trong quá trình làm việc viên phân nén sẽ rơi vào trong rãnh của đĩa cấp cho đến khi đĩa cấp quay đến cửa ra ở vị trí ống dẫn và rơi xuống ống dẫn. Chổi quét 3 có tác dụng ngăn không cho phân bị kẹt giữa thùng chứa 1 và đĩa cấp 2, đồng thời làm sạch vụn bám trên mặt đĩa cấp 2.
Đánh giá
Hình 2.8 minh họa 2 dạng đĩa đã được chế tạo và thực nghiệm đánh giá chức năng. Hình 2.8a là đĩa chế tạo theo đúng kết cấu gốc; hình b là đĩa được cải tiến để tăng khả năng lấy phân và giảm kẹt cho viên phân, hình 2.8c minh họa thực nghiệm kiểm tra khả năng chống kẹt viên phân nén.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
31
Hình 2.9. Thực nghiệm các dạng đĩa cấp phân
Ưu điểm của kết cấu này là việc chế tạo đĩa khá đơn giản; rất phù hợp cho sản xuất loạt cũng như bảo trì, bảo dưỡng máy sau này. Tuy nhiên, kết quả thử nghiệm cho thấy cơ cấu cấp phân dạng đĩa này làm việc kém hiệu quả. Thứ nhất, do viên phân nén có hiện tượng “tranh chấp” nhau để rơi vào rãnh của đĩa cấp phân, dẫn đến viên phân nén dễ bị vỡ, kẹt. Thứ hai, do viên phân dạng “quả bàng” nên gây ra hiện tượng tạo vòm trong thùng chứa 1. Nếu có thể tách phân sơ bộ thành dòng liên tục như hình 2.8c sẽ hiệu quả hơn. Ý tưởng này được triển khai cho sơ đồ cơ cấu kết hợp, sẽ được trình bày trong phần sau.
Mặt khác, khi tốc độ quay của đĩa và gia tốc của đĩa lớn sẽ có hiện tượng viên phân nén không kịp rơi vào rãnh của đĩa cấp 2. Cơ cấu này chỉ phù hợp nếu các viên phân có dạng cầu và kích thước ít sai lệch.
Cơ cấu cấp phân dạng cam đẩy:
Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của cơ cấu cấp phân dạng cam đẩy được minh họa trên hình 2.10.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
32
Hình 2.10. Nguyên lý cơ cấu cấp phân dạng cam đẩy 1 - thùng chứa phân, 2 - ống dẫn, 3 - cần đẩy,
4 – Cam
Trên hình 2.10, cơ cấu cấp phân viên nén kiểu Cam đẩy có kết cấu rất đơn giản gồm có: thùng chứa viên phân nén 1, cần đẩy 3 và cơ cấu cam 4. Cần đẩy 3 vừa có tác dụng tách từng viên phân đưa sang bộ phận dẫn viên, vừa bẻ gãy các liên kết giữa các viên phân, vì vậy khắc phục được hiện tượng tạo vòm của viên phân nén trong thùng chứa.
Để kiểm nghiệm khả năng khai thác cơ cấu này, nhóm nghiên cứu đã chế tạo và vận hành thử nghiệm kết cấu như minh họa trên hình 2.11.
Hình 2.11. Mô hình thực nghiệm cơ cấu cấp phân dạng cam đẩy
Thực nghiệm cho thấy, viên phân được lấy ra từng viên rất dễ dàng. Thống kê cho thấy tỷ lệ “nhặt được” viên phân ra khỏi buồng chứa rất cao, đạt trên 96%.
Giả sử máy được di chuyển với tốc độ của người đi bộ (4 km/h, tương đương 66 m/ph), với khoảng cách rải phân 20 cm, thì mỗi phút cam cần quay được 330 vòng. Để thực hiện điều này, cam phải quay rất nhanh; đồng thời cần bộ truyền có tỷ số truyền lớn (để tăng tốc từ trục chính đến trục cam), làm tăng tính phức tạp của máy, dẫn đến khối lượng và giá thành máy cao. Ngoài ra, khi vận tốc và gia tốc cam
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
33
lớn gây ra hiện tượng rung động mạnh dẫn đến viên phân bị rơi khỏi cần đẩy, dẫn đến hiện tượng thiếu viên cấp cho cơ cấu bón, gây hiện tượng bỏ sót viên khi bón.
Cơ cấu cấp phân dạng thìa múc
Nguyên lý hoạt động: Nguyên lý hoạt động của cơ cấu cấp phân dạng thìa múc
được minh họa trên hình 2.12.
(a) (b)
Hình 2.12. (a) Nguyên lý cơ cấu cấp phân dạng thìa múc; 1 - thùng chứa phân, 2 – tấm ngăn, 3 - đĩa cấp gắn thìa
(b) Đĩa gắn thìa múc;
Trên hình 2.12, đĩa số 3 có gắn các thìa múc có lòng trũng vừa đủ để chứa chỉ 1 viên phân nén. Các viên nén được chứa trong thùng chứa 1 được dẫn hướng để chảy dần vào vị trí có thìa múc - máng dẫn có phương tiếp tuyến với đĩa chứa thìa múc. Đĩa số 3 quay (ngược chiều kim đồng hồ trên hình 2.12) sẽ lần lượt giúp từng thìa “nhặt” viên phân, kéo và thả viên đó sang bộ phận dẫn đến cơ cấu bón phân.
Cơ cấu cấp phân dạng thìa múc đã được sử dụng trên máy thử nghiệm của Banladesh và nhóm nghiên cứu của Đại học Oxford [9,19].
Đánh giá
Hình 2.13 minh họa ảnh chụp cơ cấu thìa múc đã được chế tạo và thực nghiệm đánh giá hiệu quả vận hành của cơ cấu này.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
34
Hình 2.13. Thiết bị và thực nghiệm đánh giá cơ cấu thìa múc
Thực nghiệm cho thấy, khả năng vận hành của các thìa múc khá ổn định; tỷ lệ bỏ sót viên khoảng 1- 2 viên trên 4-5 vòng quay của đĩa (tương tứng với tỷ lệ bỏ sót khoảng 2/32 6%) với các viên phân khô (vừa lấy ra khỏi túi kín). Tuy nhiên, khi viên phân bị ẩm cao, tỷ lệ bỏ sót và kẹt phân xảy ra rất mạnh. Thêm nữa, cơ cấu này rất khó chế tạo đĩa gắn các thìa múc ở dạng đơn chiếc. Đĩa và thìa múc làm bằng kim loại (ghép bằng hàn) cho độ chính xác thấp, nhanh rỉ. Nếu làm bằng nhựa như máy của Banladesh và Oxford sẽ có giá thành rẻ, nhưng cần sản xuất loạt rất lớn do chi phí khuôn mẫu cao.
Cơ cấu cấp phân dạng gầu tải
Nguyên lý hoạt động: Nguyên lý hoạt động của cơ cấu cấp phân dạng gầu tải
được minh họa trên hình 2.13.
a
c
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
35
Hình 2.14. Cơ cấu cấp phân dạng gầu tải 1 – Ru lô chủ động, 2 – băng hoặc xích, 3 – gầu tải,
4 – Rulô bị động
Kiểu kết cấu này được tham khảo từ các máy trồng khoai tây của nước ngoài. Mỗi gầu múc thực ra là một vòng kim loại hoặc một thìa múc có hình dạng phù hợp, được gắn trên dây băng tải hoặc xích tải. Mỗi gầu múc được thiết kế chỉ vừa đủ múc được một đối tượng ra khỏi bể chứa. Hệ thống có thể bố trí theo phương thẳng đứng, xiên hoặc nằm ngang.
Đánh giá
Hình 2.15 minh họa ảnh chụp cơ cấu cấp phân dùng gầu tải gắn trên xích đã được chế tạo và thực nghiệm. Cơ cấu tương tự nhưng sử dụng băng tải cũng được chế tạo và thử nghiệm. Hình 2.16 minh họa cơ cấu này.
Hình 2.15. Cơ cấu tách phân bằng gầu tải trên xích và thực nghiệm đánh giá
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
36
Hình 2.16. Mô hình thực nghiệm cơ cấu cấp phân dùng gầu tải gắn trên băng tải
Cơ cấu cấp phân xích gắn gầu múc hiện tượng kẹt, tạo vòm viên phân đã được cải thiện nhưng kết cấu khá phức tạp.
Tuy nhiên, máy vẫn còn hiện tượng kẹt, hay bị dúi sót khi vận tốc đĩa xích lớn, không đều. Đĩa xích yêu cầu phải quay chậm, ổn định, tránh rung động làm hạt rơi khỏi đĩa trước khi lên đến đỉnh. Kết cấu bộ phận cung cấp khá phức tạp do cần khống chế lượng viên phân trong khoang chờ múc. Điều chỉnh khoảng cách dúi phân không linh hoạt do điều chỉnh khoảng cách dúi bằng cách thay đổi tốc độ đĩa xích, hay thay đổi số lượng gầu múc.
Cơ cấu cấp phân dạng băng tải có thể múc theo phương thẳng đứng (hình 2.14a), phương nằm ngang (hình 2.14b) hoặc phương nghiêng (hình 2.14c). Dạng kết cấu này khá đơn giản và hiệu quả làm việc tương tự với cơ cấu cấp phân dạng thìa múc. Cơ cấu cấp phân dạng này đòi hỏi phải có cơ cấu điều chỉnh quả lô để băng tải luôn giữ được phương chuyển động.
Cơ cấu cấp phân kết hợp dạng đĩa và thìa múc
Nguyên lý hoạt động: Cơ cấu cấp phân dạng kết hợp (hình 2.17) nhằm khắc phục
vấn đề về bỏ xót, kẹt phân khi tốc độ và gia tốc của đĩa múc cơ cấu cấp phân dạng thìa múc lớn. Kết cấu gồm có: thùng chứa phân 1, đĩa cấp phân có gắn thìa 2, bộ truyền đai 3, ống dẫn 4 và đĩa cấp phân 5.
Khi làm việc, viên phân nén chứa trong thùng chứa phân sẽ được đĩa múc có gắn thìa múc lên và chứa vào trong ống 4. Tỷ số truyền của bộ truyền đai 3 nối giữa
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
37
đĩa gắn thìa múc 2 và đĩa múc 5, được tính toán sao cho trong ống 4 luôn dự trữ khoảng 4 8 viên phân nén.
Đánh giá
Khi tốc độ và gia tốc của đĩa múc có gắn thìa 2 lớn và xảy ra hiện tượng bỏ xót viên phân nén, số viên phân nén dự trữ trong ống 4 sẽ cấp cho đĩa múc 5 nên giảm được số viên phân bị bỏ xót.
Tuy nhiên, biên dạng của đĩa múc 5 cũng được thiết kế cải tiến sao cho vận tốc, gia tốc của viên phân nén trên bề mặt đĩa thay đổi tương đối đều, khắc phục được hiện tượng bỏ xót phân của cơ cấp cấp dạng đĩa khi vận tốc và gia tốc đĩa cấp lớn (hình 2.18).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
38
Hình 2.17: Cơ cấu cấp phân kết hợp
1- thùng chứa phân, 2-đĩa cấp phân gắn thìa múc, 3-bộ truyền đai, 4- ống dẫn, 5- đĩa cấp phân
Hình 2.18: Đĩa cấp cải tiến
Vấn đề viên phân nén tạo vòm trong thùng chứa có thể giải quyết bằng sử dụng cơ cấu tạo rung cưỡng bức trong thùng chứa phân 2.
Nhược điểm của kết cấu này là phức tạp do sử dụng 2 bộ truyền đai, một bộ truyền cho cấp phân và một bộ truyền cho cơ cấu rung cưỡng bức.
Cơ cấu cấp phân kiểu Vit me
Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của cơ cấu cấp phân kiểu Vit me được minh họa trên hình 2.19.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
39
Hình 2.19: Cơ cấu cấp phân dạng Vít me 1 - thùng chứa phân, 2 – cơ cấu Vít me,
3 - ống dẫn
Cơ cấu cấp phân kiểu Vít me có kết cấu khá phức tạp gồm có: thùng chứa viên phân nén 1, cụm cơ cấu Vít me 2 và ống dẫn viên phân 3 (hình 2.19). Về nguyên lý hoạt động của cơ cấu này cũng gần tương tự với cơ cấp cấp dạng đĩa, viên phân nén rơi vào rãnh xoắn nhờ trọng lượng viên phân.
Đánh giá
So với cơ cấu cấp dạng đĩa thì cơ cấu này cơ bản không còn hiện tượng viên phân tạo vòm trong thùng chứa do kết cấu của thùng chứa gồm các vách thẳng đứng. Hiện tượng viên phân nén “tranh chấp” nhau lọt vào khe xoắn vẫn xảy ra dẫn đến kẹt, vỡ viên phân, đặc biệt là viên phân bị ẩm.
So với cơ cấu cấp kiểu đĩa, cơ cấu cấp kiểu Cam đẩy thì cơ cấu cấp phân dạng Vít me làm việc tốt hơn và ổn định hơn.
Cơ cấu cấp phân kiểu piston
Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của cơ cấu cấp phân kiểu piston được trình bày trên hình 2.20.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
40
Hình 2.20. Cơ cấu cấp phân kiểu piston 1-thùng chứa viên phân, 2-van cấp phân,
3-ống dẫn viên phân, 4-Piston
Cơ cấu cấp phân kiểu piston gồm: thùng chứa viên phân nén 1, van cấp phân 2, ống dẫn phân 3 và cụm piston 4. Khi làm việc, phân từ thùng chứa phân 1 đi qua van cấp 2 và được xếp thành hàng trong ống dẫn 3. Cụm piston 4 làm nhiệm vụ dúi trực tiếp viên phân xuống ruộng.
Đánh giá
Cơ cấu cấp phân kiểu piston ít được ứng dụng trong thực tế sản xuất vì: viên phân tạo vòm trong thùng chứa, có hiện tượng kẹt khi đi qua van cấp và một lý do quan trọng là piston dúi trực tiếp viên phân nén xuống ruộng nên Piston sẽ bị dính bùn, làm cho cửa ra của viên phân bị dính bùn dẫn đến viên phân nén rất khó rơi để rơi vào piston.
Hai cơ cấu cấp phân kiểu Vit me và kiểu Piston không đáp ứng được yêu cầu làm việc nên nhóm tác giả đã không chế tạo và thực nghiệm hai cơ cấu này.
Tóm lại, qua các kết quả thực nghiệm, phân tích về các cơ cấu cấp phân thông thường, có thể thấy chưa có kết cấu nào có thể đáp ứng được yêu cầu đặt ra với máy bón phân viên nén dúi sâu FDP dùng cho các viên phân nén do Việt Nam sản xuất.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
41
Phần tiếp theo của luận văn này sẽ trình bày những tính toán, thực nghiệm về cơ cấu cấp phân mới đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật, yêu cầu về công nghệ của máy bón phân viên nén, đặc biệt có thể dùng các loại viên phân đang có trên thị trường mà không cần chế tạo máy nén viên phân chất lượng cao cấp hơn.