1. Phân bón viên nén
2.5.2. Đĩa cấp phân
Từ những kết quả thực nghiệm, phân tích, đánh giá các cơ cấu cấp phân ở phần 2.4 cho thấy, cơ cấu cấp dạng thìa múc làm việc ổn định hơn các cơ cấu khác. Nhưng lực tác dụng từ thìa múc lên viên phân nén và trọng lượng bản thân viên phân nén làm cho khi cấp phân xảy ra hiện tượng viên phân nén bị kẹt, bị vỡ và tạo vòm trong thùng chứa (hình 2.25).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
44
Hình 2.25. Lực tác dụng của đĩa múc lên viên phân nén
Thùng chứa có kết cấu như (hình 2.23) đã giải quyết được hiện tượng viên phân nén tạo vòm trong thùng chứa do kết cấu của thùng chứa gây ra.
Vấn đề còn lại, kết cấu và nguyên lý làm việc của đĩa cấp sẽ phải giải quyết được hiện tượng kẹt, vỡ và tạo vòm của viên phân nén do tác dụng của lực múc và trọng lượng của viên phân nén.
Cơ cấu cấp phân dạng đĩa, dạng thìa múc thì lực tác dụng từ đĩa lên viên phân có phương tiếp tuyến với đĩa múc và cùng phương với trượt của viên phân, nhưng ngược chiều chuyển động của viên phân nén (hình 2.25). Do đó, lực múc sẽ cản trở chuyển động trượt tự do của viên phân nén đồng thời tạo ra một lực nén lên các viên phân trong thùng chứa dẫn đến viên phân nén bị kẹt, vỡ và tạo vòm.
Vấn đề này được giải quyết bằng cách thay đổi phương tác dụng của lực múc tác động lên viên phân nén, cụ thể là lực tác dụng lên viên phân sẽ vuông góc với phương trượt tự do của viên phân – cơ cấp cấp phân kiểu nghiêng (hình 2.26).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 45 2 3 1 Hình 2.26. Lực tác dụng vuông góc với phương trượt của viên phân nén 1-thùng chứa, 2 đĩa cấp, 3- viên phân nén
Như vậy, các viên phân trong thùng chứa sẽ không phải chịu lực nén từ đĩa múc và chuyển động tự do của viên phân nén vào bộ phận múc cũng không bị cản trở, nên quá trình chuyển động tự do của viên phân nén trong thùng chứa và trong bộ phận dẫn vào đĩa cấp sẽ thuận lợi hơn. Vấn đề cấp phân chỉ còn phụ thuộc vào hình dạng của viên phân nén.
Nguyên lý làm việc của đĩa cấp dựa vào nguyên lý thay đổi phương của lực tác động từ đĩa múc lên viên phân nén đã loại bỏ được ảnh hưởng của lực múc đến khả năng làm việc của cơ cấu cấp viên phân nén.
Yêu cầu còn lại đặt ra cho đĩa cấp là đảm bảo lấy viên phân dễ dàng, không
bỏ sót, không xảy ra hiện tượng kẹt và vỡ phân.
Biên dạng của đĩa cấp phân
Chuyển động tự do của viên phân nén rất phức tạp bao gồm cả chuyển động lăn và chuyển động trượt. Đĩa cấp có biên dạng như (hình 2.27) đảm bảo được yêu cầu viên phân dễ dàng chuyển động vào đĩa cấp, không bị kẹt và vỡ. Trọng lượng của
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
46
viên phân được biểu diễn bằng lực . Lực này luôn có xu hướng làm cho viên phân chuyển động về phía tâm của đĩa múc khi đĩa múc đi qua vị trí ngang tâm của đĩa.
Mặt khác, như trong (hình 2.24) khi làm việc thùng chứa nghiêng một góc
so với phương nằm ngang thì lực còn có tác dụng làm cho viên phân nén luôn có xu hướng chuyển động vào rãnh của đĩa cấp.
2.6. Phƣơng án thiết kế cấu trúc máy
Cấu trúc máy máy bón phân viên nén dúi sâu sẽ được thiết kế gồm 3 bộ phận chính như cấu trúc máy tham khảo ở phần 2.2.1. Trong đó, bộ phận thùng chứa được thiết kế dựa trên cải tiến nguyên lý làm việc của máy gieo hạt; bộ phận rạch hàng và lấp đất sẽ tham khảo kết cấu của máy chuẩn nhưng có những tính toán để phù hợp với điều kiện làm việc ở Việt Nam.
2.6.1. Một số đặc tính cơ học, vật lý cơ bản của đất nông nghiệp
Máy bón phân viên nén dúi sâu làm việc trực tiếp trên ruộng lúa, đặc biệt là bộ phận rạch hàng và bộ phận bánh dẫn chịu tác động trực tiếp của đất ruộng. Do đó, một số đặc tính vật lý và cơ học cơ bản của đất theo yêu cầu của nông học cần phải xem xét khi tính toán như: khối lượng, tính dính kết, độ ẩm, lực cản của đất [11].
Khối lƣợng: của đất là một thông số để tính toán độ xốp của đất, thường giới
hạn trong khoảng 2,4 – 2,8t/m3 . Tính dính và tính liên kết:
Tính dính kết là thông số đánh giá khả năng chịu các tác động cơ học, khả năng bám vào bề mặt của cày bừa và công cụ làm đất [12].
Tính liên kết của đất Tính dính của đất
Lực liên kết mạnh >15 kg/cm2 Đất rất dính > 5 g/cm2 Lực liên kết hơi mạnh 5 - 15 kg/cm2 Đất dính nhiều 3 - 5 g/cm2 Lực liên kết trung bình 2 - 5 kg/cm2 Đất dính trung bình 2 - 3 g/cm2 Lực liên kết yếu 0,5 - 2 kg/cm2 Đất hơi dính 0,5 - 2 g/cm2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
47
Đất tơi < 0,5 kg/cm2 Đất ít dính (đất cát) 0,1 – 0,5 g/cm2 Độ ẩm của đất:
Trong đó: g1: khối lượng hộp + mẫu đất trước khí sấy (g)
g2: khối lượng hộp + mẫu đất sau khi khô sấy kiệt (g) g0: khối lượng hộp (g)
Độ xốp của đất: là tỷ lệ % các khe hở chiếm trong đất so với thể tích chung của
đất. Độ xốp thường biến động trong khoảng 30% 70% tùy theo loại đất và kết
cấu đất.
Trong đó: P: độ xốp của đất (%) d: tỷ trọng đất
D: Dung trọng của đất, là trọng lượng của đất ở trạng thái tự nhiên khô tuyệt đối trên thể tích chứa đất, (t/m3, kg/m3...)
Độ cứng của đất (độ chặt): lực cản biến dạng của đất, phụ thuộc vào loại đất;
độ ẩm; thành phần cơ giới...
Trong đó: P: độ cứng của đất, kg/cm2 h: chiều cao giản đồ, cm
k: hệ số cứng của lò xo tính lực, gk/cm2 s: tiết diện đầu đo, cm2
Lực ma sát: là lực cản của đất tác dụng lên lưỡi cày.
F=f.N (2.6) Trong đó: N: là lực pháp tuyến
f: hệ số ma sát
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
48
tăng. Với độ ẩm 55 60% lực ma sát lớn đến mức đất bám vào lưỡi cày bằng thép. Sức cản của đất: là khả năng chống lại các tác động vào đất (nông cụ làm
đất). Sức cản của đất là tổ hợp của các yếu tố lực liên kết, lực dính, lực ma sát của đất,... Công thức V.P. Gơriatkin rút gọn [13, 16]:
(2.7)
Trong đó: P: sức cản của đất, kg/cm2
k: hệ số lực cản riêng của đất; đất cát 0,2 0,3kg/cm2, đất thịt
0,6kg/cm2, đất sét 0,9kg/cm2
.
a: chiều sâu cày, cm
b: Chiều rộng hoạt động của lưỡi cày, cm
Sức cản của đất được xác định bằng thực nghiệm hoặc lý thuyết đồng dạng và mô hình .
2.6.2. Bộ phận cấp và tách phân
Hình 2.29. Cơ cấu cấp phân cải tiến 1- trục, 2 bích đỡ, 3- đĩa cấp, 4- thùng chứa
Hình 2.29 trình bày chi tiết mô hình thực nghiệm bộ phận cấp và tách phân dựa trên nguyên lý đã được phân tích, đánh giá kết quả ở phần 2.5 của luận văn. Kết cấu này cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, tháo lắp bảo dưỡng nhưng hiệu quả làm việc lại rất cao.
1 2
4
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
49
2.6.3. Bộ phận rạch hàng và lấp đất
Phân viên nén sử dụng cho cây lúa có thể sử dụng sau khi lúa đã cấy khoảng 2 - 3 ngày hoặc sử dụng cùng với thời điểm gieo xạ. Đất cho canh tác lúa khi bón phân viên nén đã được cày, bừa rất kỹ theo yêu cầu kỹ thuật nông nghiệp:
Độ phẳng của ruộng cấy lúa trong giới hạn chênh lệch so với mặt nước là ± 5 cm; đối với ruộng gieo trực tiếp là ± 3 cm.
Độ cày sâu là 12 15 cm.
Độ nhuyễn của đất là 85% đối với đất có độ nhỏ < 3 cm, 15% đất cục có độ nhỏ 3 5 cm và không có thỏi đất lớn hơn 10 cm.
Cơ cấu “dúi phân” là bộ phân có nhiệm vụ tạo hàng trên mặt ruộng và đưa viên phân nén xuống ruộng đúng kỹ thuật. Những bộ phận chính của cơ cấu “dúi phân” gồm: bộ phận rạch hàng, ống dẫn viên phân, tấm trượt và bộ phận lấp phân.
Hình 2.30. Vị trí làm việc của máy bón phân trên ruộng lúa
2.6.3.1. Bộ phận rạch hàng
Do kỹ thuật canh tác sử dụng viên phân nén là bón cùng với thời điểm gieo sạ hoặc bón khi lúa đã cấy nên đặc điểm của đất là đã được cày bừa kỹ theo yêu cầu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
50
của nông học đã nên ở phần trên. Vì vậy, điều kiện làm việc của lưỡi rạch sẽ không phức tạp và khắc nghiệt như lưỡi cày khi chịu tác động bởi lực cản của đất.
Lƣỡi rạch
Lưỡi rạch làm nhiệm vụ tạo rãnh trên mặt ruộng đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật như:
Rãnh đủ độ sâu 6 10cm.
Bề rộng rãnh đủ để viên phân được đưa xuống đúng yêu cầu của kỹ thuật bón phân viên nén.
Không lật đất nên làm mất độ ẩm của đất, không dính đất.
Nguyên lý làm việc của cơ cấu rạch về cơ bản giống với lưỡi cày. Tuy nhiên, khi tính toán thiết kế lưỡi rạch có những đặc trưng khác với tính toán thiết kế lưỡi cày như: đặc điểm của đất, yêu cầu kỹ thuật của rãnh tạo bởi lưỡi rạch.
Lưỡi rạch sử dụng cho cơ cấu “dúi phân” gồm hai dạng chính: lưỡi rạch dạng mũi neo và lưỡi rạch dạng sống tàu (hình 2.31).
a - lưỡi rạch dạng mũi neo b - lưỡi rạch dạng sống tàu
Hình 2.31. Các dạng lưỡi rạch
Lưỡi rạch dạng mũi neo (hình 2.31a) khi làm việc chuyển động tịnh tiến dễ đưa đất ẩm lên, hay bị vướng cỏ rác nên chỉ sử dụng khi ruộng đã được làm đất kỹ và sạch cỏ rác.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
51
Lưỡi rạch dạng sống tàu (hình 2.31b) khi làm việc cũng chuyển động tịnh tiến, nhưng góc cắt đất là góc tù và cắt từ trên xuống tách đất sang hai bên nên không đưa đất ẩm lên, ít vướng cỏ rác.
Như vậy, với yêu cầu làm việc của máy bón phân viên thì cơ cấu rạch hàng sử dụng lưỡi rạch dạng sống tàu là phù hợp.
Tấm trƣợt
Tấm trượt là bộ phận gắn liên với lưỡi rạch, có tác dụng đảm bảo cho máy bón phân làm việc được trên mặt ruộng đất yếu, đất đã được cày bừa kỹ mà không bị chìm xuống ruộng. Diện tích của tấm trượt sẽ quyết định khả năng không bị chìm của máy khi đi trên ruộng.
2.6.3.2. Ống dẫn phân
Viên phân nén chứa trong thùng chứa được đĩa cấp lấy từ điểm múc vận chuyển lên của ra và qua ống dẫn mềm đi xuống bộ phận rạch rãnh sau đó xuống ruộng. Ống dẫn mềm sử dụng loại ống nhựa sẵn có ở Việt Nam, đường kính 32.
Hình 2.32: Ống dẫn mềm
2.6.3.3. Bộ phận lấp phân
Bộ phận lấp được bố trí phía sau lưỡi rạch và ống dẫn phân có nhiệm vụ lấp đất lên viên phân nén để cố định vị trí viên phân nén dưới mặt ruộng theo yêu cầu.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
52
2.7. Kết luận
Chương này đã trình bày những yêu cầu kỹ thuật của máy bón phân viên nén được xây dựng từ yêu cầu sử dụng phân viên nén. Từ những phân tích, đánh giá và thực nghiệm những cơ cấu cấp phân khả dĩ, một cơ cấu cấp phân viên nén mới, dựa trên nguyên lý máy gieo hạt, đã được đề xuất, nghiên cứu và thử nghiệm. Kết quả thử nghiệm cho thấy đề xuất này khả thi cả về kỹ thuật lẫn giá thành chế tạo. Cấu trúc của một máy bón phân viên nén phù hợp với yêu cầu sử dụng và khả năng chế tạo sẽ được tính toán, thiết kế chi tiết trong chương tiếp theo của luận văn.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
53
Chƣơng 3
THIẾT KẾ CHI TIẾT, CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM MÁY BÓN PHÂN VIÊN NÉN DÚI SÂU
3.1. Giới thiệu
Máy bón phân được thiết kế dựa trên các tiêu chí về tính năng sử dụng và tiêu chí về kinh tế nên máy phải đáp ứng được các yêu cầu làm việc đồng thời kết cấu phải đơn giản, vật liệu chế tạo sẵn có ở Việt Nam và sử dụng các chi tiết đã được tiêu chuẩn hóa.
Nội dung chương này sẽ xác định cụ thể từng thông số chế tạo của các bộ phận máy như: bộ phận cấp phân, bộ phận rạch hàng, bộ phận truyền động, khung máy trong phần 3.2; phần 3.3 là xây dựng các quy trình công nghệ chế tạo, quy trình lắp ráp, điều chỉnh máy và tiến hành chế tạo. Cuối cùng là chất lượng, khả năng làm việc của máy sẽ được đánh giá một cách tổng thể trong phòng thí nghiệm và thực nghiệm trên đồng ruộng được trình bày ở phần 3.4 của luận văn.
3.2. Tính toán xác định các thông số chế tạo
Các bộ phận của máy bón phân viên nén dúi sâu như: cơ cấu cấp phân, cơ cấu rạch hàng, cơ cấu truyền chuyển động và kết cấu khung máy sẽ được tính toán thiết kế trong những phần tiếp theo của luận văn. Những thông số chế tạo của các chi tiết máy như: kích thước, kết cấu,... sẽ được tính toán, xác định cụ thể phục vụ cho gia công chế tạo, lắp ráp sản phẩm và vận hành thử nghiệm.
3.2.1. Bộ phận cấp phân
Đĩa cấp
Số rãnh răng trên đĩa cấp được xác định thông qua các đại lượng: tỷ số truyền, đường kính bánh xe công tác, khoảng cách dải phân.
Ta có:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
54
i – tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng. a – khoảng cách rải phân, mm.
n – số rãnh răng trên đĩa cấp.
Công thức (3.1) xác định mỗi quan hệ giữa đường kính bánh xe công tác D, tỉ số truyền động i, khoảng cách dải phân trong một hàng a và số rãnh trên đĩa cấp n. Trong đó, khoảng cách dải phân a theo yêu cầu sử dụng viên phân nén cho cây lúa, a = 180 mm; tỉ số truyền của bộ truyền bánh răng răng được chọn theo yêu cầu về kích thước kết cấu máy và độ bền cơ học. Các thông số còn lại được xác định như trong bảng 3.1.
Bảng 3.1. Các thông số tính toán cơ cấu cấp phân
STT Số rãnh trên đĩa cấp, n Tỉ số truyền động, i Đường kính bánh xe công tác, D(mm) Khoảng cách dải phân, a(mm)
1 16 2.0 458.6 180
2 16 1.3 705.5 180
3 14 1.3 617.3 180
4 10 1.3 445.9 180
Như vậy, có rất nhiều thông số phù hợp với tính toán. Nhưng về mặt công nghệ, kết cấu, kích thước chế tạo thì bộ thông số: đường kính bánh xe công tác D =
445.9mm, số rãnh đĩa cấp n = 10, tỉ số truyền động i = 1.3 là phù hợp nhất. Đường
kính bánh xe công tác như vậy phù hợp với bánh xe của máy gieo sạ (đường kính bánh xe là 560 mm, tính cả phần ngập dưới ruộng) rất sẵn có ở Việt Nam nên có thể giảm được giá thành, thời gian chế tạo máy.
Vật liệu chế tạo đĩa cấp là nhựa hoặc gỗ.
Bộ thông số chế tạo của đĩa cấp phân được xác định bằng thực nghiệm
Góc (độ) Góc (độ) Góc (độ) Số rãnh, n
160 3240 812 10
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
55
Kết cấu của thùng chứa đã được trình bày trong phần 2.5.1, kích thước thùng