Thạc Sĩ Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy ép rơm cỏ khô làm thức ăn dự trữ cho trâu bò

Luận văn thạc sĩ năm 2011
Đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY ÉP RƠM CỎ KHÔ LÀM THỨC ĂN DỰ TRỮ CHO TRÂU BÒ

MỤC LỤC
Lời cam ñoan i
Lời cảm ơn ii
Mục lục iii
Danh mục các bảng vi
Danh mục các hình vii
MỞ ðẦU 1
Chương 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU3
1.1. ðẶC ðIỂM CỦA MỘT SỐ LOẠI RƠM, CỎ KHÔ 3
1.2. YÊU CẦU CÔNG NGHỆ CỦA QUÁ TRÌNH ÉP 4
1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG MÁY ÉP RƠM CỎKHÔ
Ở TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC 4
1.3.1. Liên hợp máy thu gom và ép cỏ 5
1.3.2. Các loại máy ép rơm tĩnh tại 7
1.4. PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC MÁY ÉP RƠM,
CỎ KHÔ 10
1.5. MỤC ðÍCH VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA ðỀ TÀI 11
1.5.1. Mục ñích nghiên cứu 11
1.5.2. Nhiệm vụ nghiên cứu 11
Chương 2: ðỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU12
2.1. ðỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 12
2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15
2.2.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 15
2.2.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 16
2.2.2.1. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ñơn yếutố 16
2.2.2.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ña yếu tố 17
2.2.2.3. Phương pháp nghiên cứu tối ưu tổng quát 22
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật
iv
2.2.3. Xác ñịnh một số thông số của quá trình ép 25
2.2.4. Phương pháp xử lý và gia công số liệu thực nghiệm 26
Chương 3 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY ÉP RƠM,
CỎ KHÔ 29
3.1. ðẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH ÉP 29
3.1.1. ðường cong chỉ thị và ñường cong công nghệ 29
3.1.2. Những ñịnh luật cơ bản trong cơ học vật thể phân tán 30
3.1.3. Sự phân bố áp suất ép theo chiều cao của vậtthể bị ép 31
3.2. PHƯƠNG TRINH CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH NÉN ÉP 34
3.3. XÁC ðỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA MÁY ÉP 38
3.3.1. Xác ñịnh chiều cao bánh ép 38
3.3.2. Xác ñịnh chiều dài khuôn ép L 39
Chương 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA MÁY
ÉP 41
4.1. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ PHẬN ÉP 41
4.1.1. Thân khuôn ép 41
4.1.2. ðáy khuôn ép 42
4.1.3. Bàn ép 43
4.2. LỰA CHỌN VÀ TÍNH TOÁN THIẾT BỊ THỦY LỰC CỦA MÁY ÉP 44
4.2.1. Lựa chọn sơ ñồ nguyên lý kết cấu thiết bị thuỷ lực 44
4.2.2. Cơ sở lý thuyết tính toán thiết bị thuỷ lực 49
4.2.2.1. Tính toán thê tích của bình tích áp và lưulượng của bơm 49
4.2.2.2. Tính toán ñộng lực học máy ép dẫn ñộng bằng bơm có bình tích áp 51
4.2.2.3. Tính toán hành trình của máy ép 56
4.2.2.4. Tính toán hệ thống nạp, bơm và xi lanh thủy lực 59
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật
v
Chương 5: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM64
5.1. KẾT QUẢ XÁC ðỊNH MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ - LÝ CỦA
NGUYÊN LIỆU ÉP 64
5.1.1. Kết quả ño hệ số ma sát của rơm, cỏ khô 64
5.1.2. ðộ ẩm của rơm, cỏ khô 64
5.1.3. Khối lượng thể tích của rơm khô ở trạng thái tự nhiên (chưa ép) 65
5.2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 65
5.2.1. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm ñơn yếu tố 65
5.2.2. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm ña yếu tố 70
5.2.3. Kết quả thí nghiệm ứng với giá trị tối ưu của các yếu tố vào 75
KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 77
1. Kết luận 77
2. ðề nghị 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO 79
PHỤ LỤC 80
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật
vi
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 5.1a. Hệ số ma sát của rơm khô với các loại vật liệu 64
Bảng 5.1b. Hệ số ma sát của cỏ khô (cỏ Voi) với cácloại vật liệu 64
Bảng 5.2. Xác ñịnh khối lượng thể tích của rơm 65
Bảng 5.3. Ảnh hưởng hành trình của bàn ép h (cm) 66
Bảng 5.4. Ảnh hưởng của ñộ ẩm vật liệu ép w (%) 67
Bảng 5.5. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu ép M(kg) 69
Bảng 5.6. Mức biến thiên và khoảng biến thiên củacác yếu tố vào 70
Bảng 5.7. Ma trận và kết quả thí nghiệm theo phương án qui hoạch thực
nghiệm bậc 2 Box-Wilson 71
Bảng 5.8. Các hệ số hồi quy có nghĩa của các hàm Y1 và Y2 72
Bảng 5.9. Kiểm tra tính thích ứng của mô hình toán 73
Bảng 5.10. Giá trị tối ưu của các yếu tố vào xi và các hàm Y1 và Y2 73
Bảng 5.11. Các hệ số hồi quy dạng thực 74
Bảng 5.12: Kết quả thí nghiệm ứng với giá trị tối ưu của các thông số vào 76
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật
vii
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Rơm khô và cỏ voi 3
Hình 1.2. Các liên hợp máy thu gom và ép bánh rơm,cỏ khô (Hà Lan) 5
Hình 1.3. Các liên hợp máy thu gom và ép bánh rơm,cỏ khô (Nhật Bản) 6
Hình 1.4. Liên hợp máy thu và ép cỏ kiểu trục ép 7
Hình 1.5. Máy ép rơm cỏ ΠCM-5,0A (Liên xô cũ) 8
Hình 1.6. Máy ép rơm cỏ khô ERC-1,0 (Việt Nam) 9
Hình 2.1. Sơ ñồ nguyên lý cấu tạo của máy ép rơm cỏkhô ERC-1 12
Hình 2.2. Mô hình 3D của máy ép rơm cỏ khô ERC- 1 13
Hình 2.3. Sơ ñồ các yếu tố vào và ra của thiết bị ép 17
Hình 2.4. ðồ thị hàm mong muốn thành phần dj khi Y
j
bị chặn một phía 24
Hình 3.1. ðường cong chỉ thị và ñường cong công nghệ của quá trình ép 29
Hình 3.2. Sơ ñồ lực tác ñộng lên phân tố của bánh ép 31
Hình 3.3. ðặc tính phân bố mật ñộ trong bánh ép 34
Hình 3.4. ðồ thị phân bố áp suất trong khuôn ép có ñáy cố ñịnh 35
Hình 4.1. Sơ ñồ cấu tạo bộ ép 41
Hình 4.2. Kiểm tra bền cửa tháo liệu (ñáy khuôn ép)42
Hình 4.3. Kiểm tra bền tấm ép 43
Hình 4.4. Sơ ñồ nguyên lý kết cấu hệ thống thủy lựccó bình tích áp 45
Hình 4.5. Bình tích áp khí - thủy lực kiểu pittong 46
Hình 4.6. Sơ ñồ thủy lực ñiều khiển bình tích áp khí thủy lực kiểu không có
pittong 48
Hình 4.7. Hoạt ñộng của máy ép trong thời gian hànhtrình công tác 51
Hình 4.8. Van chuyển 61
Hình 4.9. ðồ thị lực ñặc trưng cho quá trình ép 62
Hình 5.1. ðồ thị ảnh hưởng hành trình của bàn ép h(cm) 66
Hình 5.2. ðồ thị ảnh hưởng của ñộ ẩm ban ñầu vật liệu ép w (%) 68
Hình 5.3. ðồ thị ảnh hưởng của khối lượng vật liệuép M (kg) 69
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật
1
MỞ ðẦU
Những năm gần ñây, ðảng và Nhà nước ta ưu tiên ñưa chăn nuôi phát
triển thành ngành sản xuất chính, trong ñó ñặc biệtưu tiên phát triển chăn
nuôi bò sữa. Quyết ñịnh của Thủ tướng Chính phủ số 167/2001/Qð - TTg
ngày 26/10/2001 và chính sách xuất khẩu trong nông nghiệp ñã tạo ñà phát
triển và hỗ trợ rất lớn cho ngành chăn nuôi.
Việc chăn nuôi trâu, bò ñược phát triển mạnh từ hộ ñến các trang trại,
trung tâm. Hiện nay các tỉnh như Tuyên Quang, Vĩnh Phúc, Sơn La, Hà Tây,
Tp. Hồ Chí Minh, Bình Dương, . ñang phát triển cáccơ sở, trang trại nuôi tập
trung từ 200 - 300 con ñã thu ñược hiệu quả tốt.
Bò là loài vật mẫn cảm với thức ăn, khí hậu, nhất là các giống cho năng
suất và chất lượng cao - thức ăn là yếu tố quyết ñịnh trên 60% hiệu quả chăn
nuôi bò. ðể ñáp ứng ñược việc cung cấp thức ăn một cách chủ ñộng, ổn ñịnh
và chất lượng cao, thức ăn của trâu, bò ñược chế biến công nghiệp chủ yếu có
các dạng sau: viên thức ăn thô; thức ăn tổng hợp dạng bột và dạng viên; khối
ñá liếm; bánh dinh dưỡng; thức ăn ủ chua; thức ăn thô ñóng bánh ñể dự trữ,
làm nguyên liệu chế biến thành miếng cỏ .
ðất nước ta vốn chiếm 80% diện tích nông nghiệp,ñấtnước từ nền
công nghiệp, nông nghiệp lạc hâu .Sản xuất nông nghiệp hầu như không có
máy móc mà dựa vào sức trâu, bò là chủ yếu và nguồnthức ăn chính cho trâu,
bò là thức ăn như rơm và cây xanh, cho ñến nay với nền nông nghiệp và nền
công nghiệp dần dần hiện ñai, nông nghiệp sản xuất dần dần ñược thay thế
bằng máy móc,
Hệ thống sản xuất cung ứng thức ăn chăn nuôi cần ñược tổ chức ñồng
bộ, khép kín từ khâu tạo giống, sản xuất trên ñồng,thu hoạch, sơ chế, bảo
quản, dự trữ cung ứng nguyên liệu, chế biến và tiêuthụ sản phẩm.
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật
2
Thức ăn thô xanh và khô là nguồn thức ăn chính (chiếm trên 65 %).
Vào mùa vụ bò ñược cho ăn cây xanh vừa thu hoạch (trung bình một ngày cần
cung cấp khoảng 25 - 40 kg cỏ tươi cho trâu, bò). Cỏ và rơm khô ngoài việc
làm thức ăn chính trong thời gian trái vụ (cần từ 4- 7 kg cho bò và 8 - 12kg
cho trâu) còn ñược sử dụng làm nguyên liệu chế biếncác loại thức ăn viên
thô, viên tổng hợp chất lượng cao, miếng cỏ khô.
Cỏ và rơm khô ở trạng thái tự nhiên có tỷ trọng bé,chiếm chỗ lớn gây
khó khăn trong việc vận chuyển và bảo quản. Mặt khác do ñiều bánh khí hậu
nước ta nóng ẩm, mưa nhiều (nhất là các tỉnh miền núi phía Bắc có dộ ẩm
cao) rơm và cỏ khô nếu bảo quản không tốt dễ bị nấmmốc, mục, giảm chất
lượng, ảnh hưởng ñến sức khỏe của trâu bò nuôi. Cầnthiết sau khi thu hoạch
chúng phải ñược nén ép lại ñể giảm thể tích nhờ ñó dễ dàng vận chuyển giảm
chi phí kho chứa bảo quản.
Vấn ñề cấp bách mà thực tế ñặt ra cần phải giải quyết là có một mẫu
máy có thể ñáp ứng ñược nhu cầu về ñóng bánh cỏ - rơm khô, nhưng máy
phải có kết cấu gọn nhẹ, dễ vận chuyển (ñến nơi có nguyên liệu) phù hợp với
loại hình, quy mô sản xuất nhỏ nhờ vậy mới có thể giải quyết ñược vấn ñề
giảm chi phí vận chuyển và bảo quản rơm, cỏ khô.
ðể ñáp ứng ñược nhu cầu thức ăn cho chăn nuôi, từ sản xuất thức ăn
thô, sơ chế thức ăn thô tại cơ sở chăn nuôi và cungứng thức ăn dự trữ, giảm
chi phí cho việc vận chuyển, phù hợp với quy mô, khả năng ñầu tư, tận dụng
ñược nguyên liệu có sẵn ở ñịa phương, chúng tôi tiến hành thực hiện ñề tài:
“Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy ép rơm, cỏ khô làmthức ăn dự trữ cho
trâu bò ”.
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật
3
Chương 1
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
1.1. ðẶC ðIỂM CỦA MỘT SỐ LOẠI RƠM, CỎ KHÔ
Rơm và cỏ khô là loại thức ăn thông dụng cho trâu bò và ñược coi là
loại thức ăn dự trữ về mùa ñông (hình 1.1).
Hình 1.1. Rơm khô và cỏ voi
Hình dạng của sợi rơm khô tùy thuộc vào khi thu hoạch lúa, người
nông dân tiến hành tuốt lúa dưới hình thức nào: Dùng máy tuốt lúa liên hoàn
hay tuốt lúa ñạp chân.
- Khi sử dụng máy tuốt lúa ñạp chân, người nông dângặt gần hết phần
gốc lúa (chiều dài trung bình từ ngọn ñến phần cắt 600 - 650 mm) có ñường
kính trung bình từ 4 – 6 mm (cách gốc 100 mm), sau ñó rơm ñược phơi khô
thì ñường kính giảm xuống còn 3 - 5 mm, rơm vẫn cònhình dạng ban ñầu
gồm nhiều ñốt chứa khí ñược ngăn cách nhau bởi các màng xốp mỏng. Khi
nén ép sẽ có ñộ biến dạng và ñàn hồi lớn.
- Khi sử dụng máy tuốt lúa liên hoàn, người nông dân chỉ gặt phần
bông lúa (chiều dài từ ngọn ñến phần cắt 300 - 400 mm) có ñường kính trung
bình tại vị trí cắt từ 2 – 3 mm, hoặc nếu có cắt rơm dài ra thì khi chạy qua
máy tuốt liên hoàn, rơm cũng bị dập nát. Vì vậy khinén ép, rơm dễ xếp lớp,
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật
4
ñộ biến dạng và ñàn hồi ít hơn.
Cỏ khô ñược ñóng bánh ở Việt Nam rất ít do lượng cỏtrồng ñược
không nhiều. Một số nơi trồng cỏ Voi hoặc cỏ Mỹ làmthức ăn xanh, thái ra
làm thức ăn ủ chua còn thừa thì mới ñem phơi.
Cỏ Voi khi thu hoạch có kích thước trung bình cách gốc 200 mm vào
khoảng 8 -13 mm, thân cây dài 900 - 1500 mm, sau khi phơi kích thước giảm
xuống do thân cây bị xẹp lại 5 - 10 mm, thân cây dai, dài lồng khồng nên mất
nhiều công ñưa vào khuôn ép (nạp liệu).
1.2. YÊU CẦU CÔNG NGHỆ CỦA QUÁ TRÌNH ÉP
Nén ép vật liệu trong nông nghiệp là một quá trình phức tạp, bởi tính
chất cơ lý tính của các ñối tượng nghiên cứu. Bản thân các loại vật liệu này
vừa có tính ñàn hồi và biến dạng khi chịu lực tác ñộng ở những mức ñộ và
trạng thái nhất ñịnh. Với các vật liệu như rơm, cỏ khô mức ñộ ñàn hồi và biến
dạng phụ thuộc nhiều vào trạng thái ép của vật liệu, kết cấu bộ phận ép cũng
như lực ép và thời gian ép.
Khối rơm, cỏ khô sau khi ép cần phải ñược ñịnh hình, ñảm bảo ñộ bền
liên kết, vững chắc có kích thước hợp lý, thuận tiện cho quá trình vận chuyển.
ðể ñảm bảo rơm không hỏng trong thời gian bảo quản ñộ ẩm của rơm, cỏ khô
khi ép W = 10 - 15%.
Một số chỉ tiêu của bánh rơm, cỏ khô sau khi ép: Cókích thước các chiều
dài, rộng, phù hợp khả năng sắp xếp vào các thùng xe vận chuyển, bảo quản. Do ñó
ñể thuận tiện cho việc ñịnh lượng thức ăn, khênh vác và sắp xếp khi vận chuyển thì
kích thước mỗi bánh thường ñược chọn: dài 0,6m; rộng 0,5 m; cao 0,4 m.
(Hiện nay các xe thường có kích thước chiều rộng thùng xe tải : 2,2 -
2,4 m và dài 4,5 – 5,5 m cho nên với kích thước bánh như trên dễ sắp xếp)
1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG MÁY ÉP RƠM CỎ
KHÔ Ở TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật
5
ðối với nhiều nước trên thế giới, ñặc biệt là các nước công nghiệp như
Tây Âu, Bắc Mỹ, ðông Âu, Châu Úc, những nước có nềnnông nghiệp hiện
ñại thì ngành chăn nuôi và trồng trọt có quan hệ khăng khít với nhau.
Vấn ñề cơ giới hóa thu hoạch cỏ và rơm khô ñã ñạt mức ñộ khá cao.
Mục tiêu chính là có thể cơ khí hóa toàn bộ khâu thu hoạch cỏ bao gồm: vận
chuyển, bảo quản và phân phối cỏ khô.
1.3.1. Liên hợp máy thu gom và ép cỏ
Trên hình 1.2 là hình ảnh một số liên hợp máy thu gom và ép cỏ (do Hà
Lan chế tạo) dùng ñể thu gom và ñóng gói rơm cỏ khô.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Trần ðức Công (1998), Nghiên cứu tuyển chọn, thiết kế, chế tạo thiết
bị thu hoạch và chế biến cỏ cho các trang trại chănnuôi bò có quy mô vừa và
nhỏ ở ðông Nam Bộ,Báo cáo khoa học – Viện Cơ ñiện NN.
2. ðinh Vương Hùng (2004), Nghiên cứu một số thông số chính làm cơ
sở thiết kế, chế tạo máy cán ép cây bàng sợi- Luận án tiến sĩ kỹ thuật,
3. Viện Cơ ðiện Nông nghiệp (1998), Kết quả nghiên cứu khoa học
công nghệ nông nghiệp 1996-1997,NXB Nông nghiệp
4. Phan Văn Nghệ, ðỗ Văn Phúc (2004), Máy búa và máy ép thuỷ lực,
NXB Giáo dục,
5. N.S. Dorinski (1981), Dẫn ñộng máy ép thuỷ lực, Maxcova,
6. Vũ Văn Tảo, Nguyễn Cảnh Cầm (1978), Thuỷ lực (tập 1 và 4).NXB
ðại học và THCN,
7. Trịnh Văn Thịnh, Hoài Phương, Nguyễn An Trường (1974), ðồng
cỏ và thức ăn gia súc nhiệt ñới,NXB Khoa học kỹ thuật.
8. Phan ðình Tuấn, Tôn Thất Tài (2004), Xây dựng mô hình 3 chiều và
bản vẽ kỹ thuật bằng Inventor, NXB Khoa học kỹ thuật.
9. Phạm Xuân Vượng, (1999), Máy thu hoạch nông nghiệp, NXB Giáo dục,
10. Nguyễn Văn Tòng, Quang Ngọ (1964), Tổng hợp về trâu, bò, NXB
Nông thôn.
11. Trần Minh Vượng (1974), Cơ khí hóa các chuồng trại chăn nuôi,
NXB Khoa học kỹ thuật.
12. Trần Như Khuyên (1997), Nghiên cứu một số thông số về cấu tạo và
chế ñộ làm việc của máy ñánh bóng hạt nông sản, Luận án PTS KHKT.