1. Phân bón viên nén
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 chứa được thiết kế theo kích thước của đĩa cấp phân. Đĩa cấp có đường kính ngoài là 200mm, khe hở giữa đường kính trong của hợp chứa và đĩa cấp là 2mm.
Mô hình thực nghiệm thùng chứa là bằng tôn dày 0.5mm (xem hình 3.11), khi sản xuất với số lượng lớn sẽ chế tạo bằng nhựa.
3.2.2. Tính toán lực tác dụng lên lƣỡi rạch
Phần lưỡi rạch tính toán dựa trên nguyên lý của nêm (xem hình 3.1). Trong đó, góc và góc lần lượt có nhiệm vụ nâng và tách.
x z
y
Hình 3.1. Nêm cắt đất
Lực tác dụng lên lưỡi rạch trong mặt phẳng đứng dọc XOZ, kí hiệu là Rxz. Lực này được phân tích thành hai thành phần Rz và Rx. Trong đó, thành phần lực Rz biểu thị cho khả năng ăn sâu của lưỡi rạch xuống mặt ruộng, thành phần lực Rx biểu thị cho lực cản của đẩy của nêm (hình 3.2).
/2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 56 Rx Rxz Rz N Hình 3.2. Lực tác động lên lưỡi rạch
Lực Rxz hợp với phương ngang một góc và điểm đặt cách điểm mũi nêm một khoảng l:
[16] Trong đó: b – là bề rộng làm việc của lưỡi rạch.
= arctag(f) , với f là hệ số ma sát của đất, ftb đo được là 0,5 Lực cản đẩy của nêm Rx được xác định theo công thức V.P.Gơriatkin rút gọn sau:
Trong đó: k – hệ số cản kéo của đất, với đất thịt nhẹ k = 0,12 kg/cm2 [16]. a – chiều sâu rạch, cm.
b bề rộng làm việc của lưỡi rạch, cm.
Ta có lực Rxz và lực Rz được xác định thông qua lực Rx bằng các công thức sau:
Bảng 3.2. Kết quả tính toán thông số lưỡi rạch đất
STT Thông số Giá trị Đơn vị
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 57 2 Lực Rx 26,4 N 3 Lực Rz 20,2 N 4 Góc 154,0 độ 5 Góc 37,4 độ 6 Góc 23,0 độ 7 Góc 26,6 độ 8 hệ số cản kéo k 0,12 kg/cm2 9 Chiều sâu rạch a 7,0 Cm 10 bề rộng làm việc của lưỡi rạch b 3,2 Cm
Từ số liệu trong bảng 3.2 cho thấy, thành phần Rz rất nhỏ so với khối lượng
tính toán sơ bộ của máy là (8 12) kg, kết quả này là phù hợp vì khối lượng của
máy sẽ có tác dụng làm cho lưỡi rạch ăn sâu vào đất ruộng và giảm sức lao động cho người sử dụng do không cần tạo lực ấn máy xuống ruộng.
3.2.3. Tấm trƣợt
Mối quan hệ giữa diện tích tấm trượt và khả năng không chìm của máy bón phân được biểu diễn thông qua công thức sau:
Trong đó: p – là áp suất của máy tác dụng lên mặt ruộng, N/cm2 . F – trọng lượng của máy, N.
S – là diện tích tấm trượt, cm2
Máy bón phân không bị chìm khi áp suất p nhỏ hơn độ cứng của đất ruộng ở
lớp mặt. Áp suất p phải nhỏ hơn 1kG/cm2
ở độ sâu 10 cm, còn ở lớp bề mặt có thể thì p phải nhỏ hơn 0.1kG/cm2. Các giá trị này được tham khảo cho đất ruộng đã được cày bừa kỹ và đã cấy lúa hoặc gieo sạ (Độ cứng của lớp đất mặt lấy theo bảng 4.3 "Độ cứng đất nền ruộng lúa nước ở các tỉnh Trung du và đồng bằng Bắc Bộ"-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
58
Một thông số quan trọng khác cần xác định với tấm trượt là lực cản trở chuyển động của máy bón phân gồm có: ma sát của của tấm trượt với đất và lực cản của đất đối với lưỡi rạch hàng. Lực cản của đất được xác định theo công thức (3.4), lực ma sát của đất và tấm trượt xác định theo công thức (2.6).
Diện tích tấm trượt đảm bảo cho máy không bị chìm khi làm việc trên ruộng được xác định theo công thức (3.7). Như vậy, để máy bón phân không bị chìm thì áp lực p < 0.1 kG/cm2, với khối lượng tính toán của máy khoảng 8 12kg thì diện tích tấm trượt S phải lớn hơn 100cm2. Máy bón phân được thiết kế với hai tấm trượt, để đảm bảo máy không bị chìm và khi làm việc giữa hai hàng lúa không làm ảnh hưởng đến lúa thì kích thước tấm trượt tiếp xúc trực tiếp với mặt ruộng được xác định là: (80 x 700)mm.
3.2.4. Tính toán các bộ phận cơ cấu truyền động
Kích thước, kết cấu của cơ cấu truyền động máy bón phân phụ thuộc vào khoảng cách giữa cách hàng phân, khoảng cách giữa các viên phân trong một hàng và kích thước của bộ phận cấp phân.
Các thông số bón phân sẽ theo yêu cầu của kỹ thuật canh tác lúa và sử dụng viên phân nén. Khoảng cách giữa các viên phân trong một hàng được sẽ được đảm bảo bởi tỷ số truyền giữa bánh công tác và đĩa cấp, số lượng rãnh trên đĩa cấp. Khoảng cách giữa các hàng phân sẽ xác định kích thước khuôn khổ và kích thước cơ bản của máy.
Các thông số tính toán:
Thông số đầu vào: khoảng cách giữa các viên phân trong một hàng, khoảng cách giữa các hàng dải phân, kích thước sơ bộ của cơ cấu cấp phân.
Thông số tính toán thiết kế: số rãnh trên đĩa cấp, đường kính bánh xe công tác, tỷ số truyền bộ truyền bánh răng.
Thông số dải phân:
Khoảng cách giữa các hàng rải phân: 200 ± 10 (mm)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
59
Bánh xe công tác:
Bánh xe công tác sử dụng bánh xe dành cho máy sạ lúa rất phổ biến ở Việt Nam (hình 3.3).
Đường kính bánh xe sẽ xác định theo khoảng cách dải phân, số rãnh trên đĩa cấp và tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng.
Bánh xe làm bằng nhựa có khối lượng sơ bộ khoảng 1,2 kg.
Hình 3.3. Bánh xe công tác
Cơ cấu truyền chuyển động
Nguyên lý làm việc của cơ cấu cấp phân nêu ở phần 2.5 quyết định kết cấu của cơ cấu truyền chuyển động. Dựa trên nguyên lý đó mà máy bón phân có đặc điểm là trục chủ động mang bánh xe công tác và trục bị động mang đĩa cấp phân vuông góc với nhau. Vì vậy, chuyển động từ bánh xe công tác sẽ qua bộ truyền bánh răng côn hoặc bộ truyền bánh răng thẳng có kết cấu răng đặc biệt truyền đến đĩa cấp phân thức hiện công việc cấp phân tùy vào độ chính xác yêu cầu.
Tỉ số truyền động sẽ được chọn trên cơ sở số rãnh trên đĩa cấp, đường kính bánh xe công tác; điều kiện bền bộ truyền bánh răng và kích thước khuôn khổ máy.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
60
Hình 3.4. Bộ truyền bánh răng trụ truyền chuyển động giữa hai trục vuông góc
Cơ cấu truyền động truyền chuyển động từ trục công tác đến đĩa cấp của cơ cấu cấp phân. Trục công tác lắp ổ bi 6202, đường kính lắp bi trục công tác là 15. Gối đỡ bi bi 6202 chế tạo lắp ghép với bích đỡ bằng mối ghép ren.
Bộ truyền bánh răng sử dụng để truyền chuyển động là bộ truyền bánh răng côn răng thẳng modul 3.5, vật liệu chế tạo bằng nhựa cứng; các thông số chế tạo của bánh răng côn được thiết kế bằng phần mềm Gear Trax2012 kết hợp với phần mềm Solidworks.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
61
Hình 3.6. Bánh răng côn bị động
3.2.5. Kết cấu khung máy
Khung máy làm nhiệm vụ đỡ toàn bộ kết cấu máy nên yêu cầu phải đủ độ bền, độ cứng vững nhưng phải đảm bảo được các yêu cầu về kích thước và khối lượng. Vật liệu chế tạo cơ bản gồm: thép hình (thép hộp và thép góc), thép tấm,...
Kích thước khuôn khổ và cấu tạo của các bộ phận của khung máy sẽ được thiết kế sơ bộ, sau đó sẽ tiến thành kiểm nghiệm độ bền và xác định ra hình dạng, cấu tạo và các kích thước hợp lý trước khi chế tạo. Các chi tiết máy sẽ được tính toán, thiết kế trên phần mềm Solidwork, Autodesk Inventor, bao gồm cả thiết kế hình dáng hình học và kiểm nghiệm độ bền cũng như hiệu chỉnh kết cấu ở dạng mô hình 3D.
Khung máy gồm hai thành phần cơ bản:
Bích đỡ cơ cấu cấp phân.
Khung liên kết giữa cơ cấu rạch hàng, tấm trượt và cấu cấp phân. Bích đỡ cơ cấu cấp phân
Trên hình 3.7 trình bày chi tiết kết cấu của bích đỡ cơ cấu cấp phân. Chi tiết này có nhiệm vụ đỡ cơ cấu cấp phân và các chi tiết khác như: chi tiết làm sạch đĩa cấp, nắp hộp chứa phân, gối trục,...
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
62
Hình 3.7. Bích đỡ cơ cấu cấp phân
Khung máy
Khung máy làm nhiệm vụ đỡ toàn bộ máy, vừa phải chịu lực đẩy công tác từ người sử dụng, vừa phải chịu tác động của lực cản đẩy từ đất ruộng. Vì vậy, khung máy cần đảm bảo độ cứng vững, độ bền và cả chỉ tiêu về khối lượng.
Khung máy được thiết kế đáp ứng các tính năng sử dụng, lắp ráp, sửa chữa, bảo dưỡng và thay thế khi hỏng hóc. Vì vậy, các bộ phận của khung được liên kết bằng mối ghép tháo được (mối ghép bằng ren) có thể sửa chữa và thay thế một cách dễ dàng. Vật liệu chế tạo chủ yếu là thép hộp, thép tròn và thép tấm (xem hình 3.8).
Hình 3.8. Khung máy và tấm trượt 1- khung máy, 2- tấm trượt
Kiểm nghiệm bền khung máy
1
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
63
Việc tính toán kiểm nghiệm bền sơ bộ được tiến hành trong các phần mềm Solidworks với modul Cosmos và phần mềm Autodesk Invetor (hình 3.9).
Hình 3.9: Phần mềm Solidworks, Autodesk Inventor
3.3. Chế tạo và lắp ráp sản phẩm 3.3.1. Các phƣơng pháp gia công 3.3.1. Các phƣơng pháp gia công
Kết cấu, kích thước chế tạo các chi tiết của máy bón phân phù hợp với dạng sản xuất vừa và nhỏ. Các phương pháp gia công chủ yếu như: tiện, phay, hàn, nguội,...
Đĩa cấp gia công bằng phương pháp ép nhựa. Thùng cấp gia công bằng nguội và hàn. Bích đỡ, khung máy, tấm trượt gia công bằng phương pháp nguội, cắt gọt,... Máy thiết kế sử dụng tối đa các chi tiết đã tiêu chuẩn hóa như các chi tiết ghép bằng ren.
3.3.2. Các bản vẽ chế tạo
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
64
Hình 3.12: Bản vẽ chế tạo bích đỡ
Trục
Trục bị động là chi tiết truyền động cho đĩa cấp phân qua mối ghép bằng then, được bắt chặt bằng mối ghép ren. Trục có kết cấu đơn giản, yêu cầu kỹ thuật là đảm bảo độ đồng tâm giữa hai ngõng trục lắp ổ bi 6202.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
65
Hình 3.13: Bản vẽ chế tạo trục bị động
Bộ truyền bánh răn côn
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
66
Hình 3.15: Bản vẽ chế tạo bánh răng côn bị động
Tấm trƣợt
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
67
Gối đỡ trục
Hình 3.17: Bản vẽ chế tạo gối đỡ
Khung máy
Hình 3.18: Bản vẽ chế tạo khung máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
68
3.3.3. Trình tự lắp ráp
Các chi tiết của máy bón phân sau khi chế tạo và kiểm tra đạt yêu cầu kỹ thuật sẽ tiến hành lắp ráp thành máy hoàn chỉnh. Quá trình lắp ráp gồm các bước sau:
1)Lắp cụm trục bị động vào gối bi trên bích đỡ.
2)Lắp đĩa cấp vào trục bị động, thùng chứa vào bích đỡ. 3)Lắp khung máy vào bích đỡ.
4)Lắp gối đỡ trục công tác, bộ truyền bánh răng, ổ bi, trục công tác. 5)Lắp tấm trượt và lưỡi rạch hàng vào khung máy.
6)Lắp bánh xe công tác vào trục công tác và lắp tay đẩy. 7)Lắp ống dẫn phân.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
69
Hình 3.20: Máy bón phân viên nén 1 hàng
Thông số máy bón phân
Bảng 3.3. Thông số đặc trưng của máy
STT Thông số đặc trưng Giá trị
1 Khối lượng máy, kg 11,5
2 Kích thước chiều rộng, cm 800 3 Kích thước chiều cao, cm 480
4 Số hàng dải phân 2
3.4. Vận hành thử nghiệm
3.4.1. Thử nghiệm chức năng hoạt động
Máy sau khi lắp ráp hoàn chỉnh tiến hành kiểm tra kích thước lắp ráp, kiểm tra hoạt động của các chi tiết chuyển động, kiểm tra chất lượng các mối ghép cố định và mối ghép bằng ren. Đánh giá độ đảo mặt đầu, độ đảo hướng kính của đĩa cấp và khe hở giữa đĩa cấp và hộp chứa phân.
Kết thúc kiểm các thông số, tiến hành vận hành thử nghiệm không có viên phân và đánh giá tổng thể chức năng làm việc của máy.
Kết quả ban đầu:
Đĩa cấp:
độ đảo hướng kính ±0.1 mm độ đảo mặt đầu ±0.1 mm
sai số giữa tích lũy của các rãnh 0.1 mm Hộp chứa phân: khe hơ giữa đĩa cấp và hộp 2 ± 0.1 mm. Độ đảo trục công tác ±0.1mm.
Bánh xe công tác:
độ đảo hướng kính ±1.0mm độ đảo mặt đầu ±1.0mm
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
70
Các mối ghép bằng hàn đảm bảo chắc, ngấu.
Các mối ghép bằng ren êm nhẹ, tháo lắp, thay thế dễ dàng.
3.4.2. Thử nghiệm hiệu suất dải phân
3.4.2.1. Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm
Bảng 3.4: Kết quả thử nghiệm dải phân trong phòng thí nghiệm (10m)