1.4.1. Bộ phận băm rơm.
Qua tìm hiểu tổng quan về máy băm rơm trong nước và trên thế giới ta có một số nhận xét sau:
-Các loại máy băm rơm trong nước và trên thế giới có thể chia thành 3 dạng sau:
+ Máy băm rơm dạng ựĩa.
+ Máy băm rơm dạng trống ựập. Các dao lắp cố ựịnh, hướng cắt vuông góc với trục trống.
+ Máy băm rơm dạng trống có dao lắp theo dọc của trống.
a. Máy băm rơm dạng ựĩa.
Về mặt chất lượng sản phẩm loại máy rơm dạng ựĩa là loại có ưu thế nhất. Do có thể căn chỉnh dao dễ dàng, nên khe hở dao có thể ựạt ựược khoảng cách gữa dao và tấm kê nhỏ nhất nên giảm thiểu ựược việc rút rơm từ ựó chiều dài ựoạn băm duy trì ựược theo yêu cầu khá ổn ựịnh. Ngoài ra việc thay ựổi góc cắt trượt với các loại dao thẳng cũng dễ dàng nên chi phắ năng lượng cũng thấp hơn. Một ưu ựiểm nữa của loại máy này là có thể vung xa ựược vật liệu cắt khi gắn các tấm cánh trên ựĩa tạo ra lòng gió ựẩy vật liệu ựi xa.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật 22
Nhược ựiểm của các máy theo nguyên lý này là năng suất thấp, khó bố trắ cửa cấp liệu. để tăng bề rộng cấp liệu cần tăng ựường kắnh ựĩa cắt, làm máy có kắch thước cồng kềnh. Với máy năng suất cao trong thực tế ắt sử dụng nguyên lý này.
b. Máy băm rơm dạng trống ựập.
Loại máy này có kết cấu ựơn giản nhất. Chỉ bao gồm 1 rô to có lắp các cánh có nhiệm vụ như là tấm kê. Các dao cắt ựược lắp cố ựịnh trên vỏ máy vuông góc với trục quay của trống. Cánh lắp trên ro to có thể ở dạng búa, hoặc dạng bản có cắt các khe hở. Tùy theo loại vật liệu cắt (rơm tươi hay khô) có thể lắp thêm một sàng, lưới bao nhằm ựảm bảo ựổ nhỏ của vật liệu ựược cắt.
Ưu ựiểm của nguyên lý này là ựơn giản, năng suất lớn.
Nhược ựiểm của loại này là do khe hở giữa búa và dao khá lớn nên chắ phắ năng lượng lớn. Do cắt không triệt ựể nên với những vật liệu như rơm khô nên qua một chu kỳ cắt ựộ dài của sản phẩm thường không ựẩm bảo ựược yêu cầu nên phải bố trắ thêm lưới sàng , hoặc bổ sung thêm bộ phận vận chuyển dọc trục ựể cắt nhiều lần, ựiều này cũng tăng thêm năng lượng cắt.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật 23
Hình 1.8. Máy băm dạng trống ựập
c. Máy băm rơm dạng trống có dao lắp theo dọc của trống.
đây là mẫu máy của Viện ựã thực hiện trong ựề tài máy băm rơm 100 kg/h. Với sự cải tiến của trống dao, loại máy này có thể sử dụng dao thẳng ựặt nghiêng, thuận lợi cho việc chế tạo. Yêu cầu về khe hở dao và tấm kê rất cao, trong trường hợp do bị cùn hoặc khẻ hở lớn (>0.2 mm) sẽ dẫn ựến hiện tượng rút làm cho chiều dài cắt tăng lên rất lớn.
1.5. Xác ựịnh các thông số cần nghiên cứu.
đối với bất kỳ một thiết bị máy móc phục vụ chăn nuôi thì thông số ựầu ra quan trọng nhất là chất lượng sản phẩm và chi phắ năng lượng riêng. đây là hai thông số quyết ựịnh ựến tắnh hiệu quả kinh tế và khả năng ứng dụng vào sản xuất của máy móc thiết bị. Chất lượng sản phẩm phải ựảm bảo ựược các yêu cầu về công nghệ của ngành và của cơ sở chăn nuôi. Với máy băm, thái thức ăn thô cho ựại gia súc thì chất lượng sản phẩm băm thái ựược ựánh giá thông qua bộ tiêu chuẩn TCVN-4783-89 qui ựịnh về chất lượng thức ăn thô xanh cho gia súc về kắch thước, màu sắc, mùi vị... Theo bộ tiêu chuẩn này, với một sản phẩm băm ựạt yêu cầu thì chiều dài cho phép nằm trong khoảng < 100 mm, bởi vì với ựoạn băm có chiều dài > 100mm, khi ăn gia súc sẽ nhằn lại và không ăn hết, còn nếu sản phẩm thái nhỏ vụn quá sẽ gây ra sự mất chất dịch khi chế biến làm giảm chất lượng sản phẩm.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật 24
Chi phắ năng lượng riêng khi băm ảnh hưởng trực tiếp ựến vấn ựề kinh tế bởi nếu chi phắ năng lượng riêng càng lớn thì có nghĩa là chúng ta phải chi trả nhiều tiền cho quá trình băm. Như vậy sẽ tăng chi phắ sản xuất của các trang trại dẫn tới hiệu quả kinh tế giảm.
Bởi vậy, ựối với máy băm rơm dọc trục ựề tài ựã chọn 02 thông số ựầu ra cần nghiên cứu là:
- Chiều dài trung bình ựoạn băm: ltb (mm); - Chi phắ ựiện năng riêng: Ne (kwh/tấn).
Trên cở sở hai thông số ựầu ra ựã lựa chọn ựề tài tiến hành ựánh giá và lựa chọn các thông số ựầu vào có ảnh hưởng ựến các thông số ra ựể nghiên nghiên cứu và xác ựịnh các vùng làm việc tối ưu.
đã có nhiều công trình nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về quá trình cắt thái [3], [7], [4]. Các tác giả ựều thống nhất quan ựiểm ựánh giá các yếu tố gây ảnh hưởng chắnh chất lượng băm và chi phắ năng lượng riêng cho quá trình băm là:
- Phương pháp cắt (cắt có trượt và không trượt). - Các thông số của dao.
- Khe hở giữa dao và tấm kê. - Số vòng quay của thùng cấp liệu. - Tốc ựộ trống dao.
- Số lượng dao trên trống. - đặc tắnh cơ lý của rơm. - Lượng cấp liệu.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật 25
Mỗi một thông số có mức ảnh hưởng và qui luật ảnh hưởng khác nhau ựối với các thông số ựầu ra. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Các tác giả [3], [4], [6] ựã chỉ rõ ảnh hưởng của các thông số: Phương pháp cắt, các thông số của dao, khe hở giữa dao và tấm kê ựến chất lượng cắt và chi phắ năng lượng riêng. Qúa trình cắt khi có trượt làm giảm lực cắt và tăng chất lượng thái. độ sắc của lưỡi dao chắnh là bề dày s (mm) không vượt quá 100ộm. Vật liệu làm dao phải là thép có khả năng chịu mài mòn cao, dao có ựộ bền cao thì lâu cùn. Khe hở giữa dao và tấm kê ảnh hưởng tới công suất cắt, vật cắt càng mỏng thì khe hở càng phải nhỏ, vì nếu không lưỡi dao có thể bẻ gập vật thái, lọt vào khe hở và kéo ựứt nó, giảm chất lượng cắt, thông thường với máy cắt kiểu ựĩa khe hở ≤ 1mm, máy cắt kiểu trống khe hở nằm trong khoảng từ 1,5 ọ 4,5mm.
Do vậy ựề tài không nghiên cứu lại sự ảnh hưởng của 3 thông số nói trên mà sử dụng kết quả nghiên cứu của các tác giả ựi trước ựể lựa chọn: Kiểu cắt có trượt, ựộ sắc của dao là 100ộm, dao ựược làm bằng thép Γ65, khe hở giữa dao và tấm kê là 1,5mm.
Mối quan hệ giữa số lượng dao trên 1 trống với chất lượng băm là tỷ lệ thuận. Khi số lượng dao tăng thì ựoạn băm càng nhỏ và chi phắ năng lượng riêng càng cao.
đặc tắnh cơ lý của rơm ảnh hưởng ựến lực cản cắt của rơm, nó phụ thuộc vào từng giống lúa, ựộ ẩm của rơm và phương pháp thu hoạch lúa (bằng máy gặt ựập liên hợp, máy ựập tuốt, thủ công...). Do vậy trong giới hạn của ựề tài chúng tôi không xét ảnh hưởng của ựặc tắnh cơ lý của rơm tới các thông số ựầu ra của máy.
Qua phân tắch ở trên, chúng tôi ựã lựa chọn các yếu tố ựầu vào, ựầu ra cần ựược nghiên cứu như sau:
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật 26
Các thông số ựầu vào:
- Lượng cấp liệu: Q (tấn/h). - Vận tốc của trống băm: ntr (vg/ph).
- Bước của cánh xoắn dẫn hướng: h (mm).
(độ dài của bước xoắn cánh dẫn nguyên liệu trong thùng).
Các thông số ựầu ra cần xác ựịnh:
- Chiều dài trung bình ựoạn băm: ltb (mm). - Chi phắ ựiện năng riêng: Ne (kWh/tấn).
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật 27
Chương 2: đỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. đối tượng nghiên cứu.
đối tượng nghiên cứu của ựề tài là: Máy băm rơm dọc trục MBR 2013
(hình 2.1), máy là sản phẩm do Viện Cơ ựiện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch thiết kế và chế tạo. Máy làm việc theo nguyên lý băm dạng trống.
Các thông số kỹ thuật của máy thể hiện trong bảng 2.1.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật 28
Bảng 2.1. Thông số kỹ thuật của máy băm rơm dọc trục MBR 2013
TT Tên gọi Thông số
1 Kắch thước máy (DxRxC) 1300x800x950 (mm)
2 Kắch thước cửa cấp liệu 400x300 (mm)
3 Tốc ựộ quay trống băm 500 (vg/ph)
4 Bước xoắn cánh dẫn 600 (mm)
5 Chiều dài ựoạn băm < 100 (mm)
6 Công suất ựộng cơ băm 5,5 (kW)
2.2. Phương pháp nghiên cứu.
Có nhiều phương pháp nghiên cứu khác nhau, trong phạm vi của ựề tài chúng tôi ựã sử dụng một số phương pháp nghiên cứu: phương pháp thu thập thông tin và phương pháp chuyên gia ựể phân tắch, lựa chọn nguyên lý làm việc của máy băm. Một số phương pháp thực nghiệm ựể xác ựịnh hệ số ma sát của rơm với thép, xác ựịnh lực cản cắt của rơm. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ựơn và ựa yếu tố ựể xác ựịnh các thông số làm việc tối ưu của máy băm rơm dọc trục. Phương pháp xử lý số liệu thắ nghiệm.
2.2.1. Phương pháp xác ựịnh hệ số ma sát của rơm. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Dụng cụ ựể xác ựịnh hệ số ma sát là dụng cụ Giêlilốpski (hình 2.2). Hệ số ma sát ựược xác ựịnh theo công thức.
f = Fc/Nb (2.1)
Trong ựó :
Fc Ờ Lực ma sát (N) Nb Ờ phản lực (N)
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật 29
G Ờ trọng lượng của vật liệu (kg); ϕ - góc ma sát, (0);
f Ờ hệ số ma sát,
f = tgϕ; (2.2)
đề tài ựã tiến hành thắ nghiệm ựể xác ựịnh hệ số ma sát của 2 vật liệu cơ bản là hệ số ma sát của rơm với thép. Kết quả thể hiện trên bảng 2.2.
Bảng 2.2. Hệ số ma sát của rơm khô với rơm và thép TT Loại vật liệu Số lần ựo Góc ma sát ϕ (0) Hệ số ma sát f
1 Thép 5 310 0,60
2 Rơm khô 5 610 30Ỗ 1,83
2.2.2. Phương pháp xác ựịnh lực cản cắt của rơm.
để xác ựịnh lực cản cắt của rơm ựề tài ựã sử dụng một thiết bị thắ nghiệm xác ựịnh lực ép như trên hình 2.3. Khuôn ép ựược thay bằng bộ phận giữ rơm khác (hình 2.4) và tấm ép thay bằng dao cắt.
Lực cản cắt riêng của rơm ựược tắnh bằng công thức:
Ớ
Nb Fc
G
ϕ
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật 30 pc = Fc / bc = h b A b h A b F p c c c c c ∂ ∂ = ∂ ∂ = = / (2.3) Trong ựó: pc - lực cản cắt riêng. Fc - Lực ma sát. bc - bệ rộng của lớp rơm. A - Công cắt.
Hình 2.3. Sơ ựồ nguyên lý hệ thống ựo, truyền và lưu giữ dữ liệu về lực cản cắt
1: Load cell ựo lực ép; 2. bàn ép; 3. Khuôn ép; 4: Tấm bên; 5: Load cell ựo lực nở hông; 6: Bộ khuếch ựại ten sơ và truyền thông; 7: Máy tắnh
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật 31
Qua công thức (2.3) ta thấy lực cản cắt riêng chắnh là công cắt riêng trên một ựơn vị diện tắch.
Tuy nhiên do rơm là một loại vật liệu không có kắch thước xác ựịnh và lực cản cắt hoàn toàn phụ thuộc tỷ lệ thuận vào mật ựộ của rơm, vì thế ựề tài ựưa ra một ựại lượng mới không phụ thuộc vào mật ựộ rơm.
τc = pc / ρ (2.4) Trong ựó ρ là khối lượng riêng của rơm.
ρ ρ τ * * * b h A b F c c c c ∂ ∂ = =
Trong công thức này ựại lượng bc*∂h*ρ chắnh là mật ựộ khối lượng trên 1 m chiều dài của bó rơm (so với ựại lương bc*∂h là thể tắch trên 1 m chiều dài). Ở ựây chúng ta không quy về công trên 1 ựơn vị diện tắch cắt mà quy về công trên một ựơn vị vật chất ựược cắt.
đề tài ựã tiến hành thắ nghiệm ựo lực cản cắt. Từ số liệu ựo, vẽ ựược ựồ thị lực cản của rơm khi cắt (hình 2.5).
Qua ựồ thị ta thấy quá trình cắt rơm ựược chia làm hai giai ựoạn, giai ựoạn nén ép rơm và giai ựoạn cắt. Năng lượng chi phắ cho giai ựoạn nén ép rơm lớn hơn chi phắ cho giai ựoạn cắt, chiếm tới 60% tổng năng lượng chi phắ cho quá trình cắt. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trước khi quá trình cắt xảy ra, vật liệu bị nén tới một áp suất nào ựó, khi áp suất ở ựầu dao vượt quá áp suất phá huỷ vật liệu rơm bắt ựầu ựược cắt. Sự khác biệt trong trường hợp này so với các vật liệu cứng khác là biến dạng nén của rơm rất lớn so với các vật liệu khác như gỗ, sắt, thép.
Trong các vật liệu cứng khác, ắt biến dạng năng lượng ựể nén tới ứng suất phá vỡ không lớn. Nhưng ựối với rơm năng lượng nén ép thậm chắ còn lớn hơn năng lượng cắt.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật 32
Hình 2.5. Lực cản của rơm khi cắt
2.2.3. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ựơn yếu tố.
Bằng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, xác ựịnh ảnh hưởng của các yếu tố ựầu vào ựến chiều dài trung bình của ựoạn băm và chi phắ năng lượng riêng. Qua ựó xác ựịnh các thông số làm việc tối ưu làm cơ sở cho việc thiết kế chế tạo máy.
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng ựến chiều dài trung bình ựoạn băm và chi phắ ựiện năng riêng, ựó là:
- Tốc ựộ trống.
- Số lượng dãy dao trên trên 1 vòng. - đặc tắnh cơ lý của rơm;
- Lượng cấp rơm.
Trong quá trình nghiên cứu vì ựiều kiện thời gian và kinh phắ không cho phép chúng tôi không thể ựưa tất cả các yếu tố trên vào nghiên cứu thực nghiệm mà cần lựa chọn những yếu tố chắnh có ảnh hưởng lớn ựến thông số
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Hành trình cắt, mm L ự c c ắ t, N
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật 33
cần nghiên cứu và loại bỏ những yếu tố ảnh hưởng không ựáng kể ựến chiều dài trung bình của ựoạn băm, chi phắ ựiện năng riêng của máy.
để lựa chọn các yếu tố có ảnh hưởng lớn ựến chất lượng băm và chi phắ năng lượng riêng, bằng phương pháp thu thập thông tin, phương pháp chuyên gia, chúng tôi ựã lựa chọn các yếu tố ựầu vào cần ựược nghiên cứu như sau:
Các thông số ựầu vào:
- Vận tốc của trống băm ntr (vg/ph).
- Bước xoắn của cánh dẫn: h (mm).
- Lượng cấp liệu: Q (tấn/h).
Các thông số ựầu ra cần xác ựịnh:
- Chiều dài trung bình của ựoạn băm: ltb (%).
- Chi phắ ựiện năng riêng: Ne (kWh/tấn).
Phương pháp nghiên cứu ựơn yếu tố nhằm nghiên cứu ảnh hưởng của từng yếu tố vào tới thông số ra, qua ựó tìm ựược mức biến thiên khoảng biến thiên và khoảng nghiên cứu thắch hợp cho mỗi yếu tố, làm cơ sở cho phương pháp thực nghiệm ựa yếu tố.
Nguyên tắc chung của phương pháp này là cố ựịnh các yếu tố khác, chỉ thay ựổi một yếu tố ựể xác ựịnh ảnh hưởng của yếu tố ựó tới thông số ra.
2.2.4. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ựa yếu tố.
Phương pháp nghiên cứu ựa yếu tố nhằm nghiên cứu ảnh hưởng ựồng