Thiết kế, thử nghiệm máy bón phân viên nén dúi sâu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
o0o




HOÀNG MẠNH CƢỜNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

THIẾT KẾ, THỬ NGHIỆM
MÁY BÓN PHÂN VIÊN NÉN DÚI SÂU

Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ






Hướng dẫn khoa học: PGS. TS. NGUYỄN VĂN DỰ




Thái Nguyên, 2013
Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

1


Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do cá nhân tôi
thực hiện, dưới sự hướng dẫn của PGS. TS. Nguyễn Văn Dự. Các kết
quả trình bày trong cuốn luận văn này chưa được sử dụng cho bất kỳ
một khóa luận tốt nghiệp nào khác. Theo hiểu biết cá nhân, từ trước
tới nay chưa có một tài liệu khoa học nào tương tự được công bố, trừ
những thông tin tham khảo được trích dẫn trong luận văn này.

HOÀNG MẠNH CƯỜNG
Thái Nguyên, tháng 3 năm 2013















Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

2

Lời cám ơn


Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn khoa học của tôi,
PGS. TS. Nguyễn Văn Dự, người đã tận tình chỉ bảo, định hướng, hướng dẫn, động
viên và giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt thời gian làm luận văn tốt nghiệp.
Tôi cũng xin cám ơn các đồng nghiệp Hoàng Trung Kiên, Ngô Quốc Huy của
trường Đại học kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, đồng nghiệp Lê Duy Hội của
trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật và Công ty TNHH một thành viên Tuyết Thành
– Bắc Giang đã giúp đỡ tôi trong quá trình triển khai gia công, chế tạo và thử
nghiệm máy sản phẩm thiết kế của đề tài này.
Tôi xin gửi lời cám ơn tới Ban giám hiệu, Ban lãnh đạo khoa và các đồng
nghiệp Khoa Cơ khí - Luyện kim trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Việt Bắc
Vinacomin nơi tôi đang công tác, đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ để tôi tham gia
và hoàn thành khóa học này.
Tôi cũng muốn nói lời cám ơn tới anh Andreas Fischer – cố vấn kỹ thuật GIZ
ở trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Việt Bắc Vinacomin – một đồng nghiệp –
một người bạn đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong công việc tạo điều kiện thuận lợi cho
tôi hoàn thành được đề tài này và nhiệm vụ được giao.
Cuối cùng, xin trân trọng cám ơn gia đình, bạn bè luôn - là nguồn cổ vũ, động
viên và là động lực để tôi phấn đấu hoàn thành luận văn này.

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
3


Tóm tắt

Phân bón viên nén sử dụng cho cây lúa đã được nghiên cứu từ những năm 1980
ở nhiều quốc gia, đem lại hiệu quả cao hơn cách bón phân truyền thống. Khảo sát
về nhu cầu sử dụng phân bón dạng viên nén cho cây lúa và máy bón phân viên nén
hiện nay ở Việt Nam cho thấy nhu cầu sử dụng máy bón phân viên nén là rất lớn.
Việc chế tạo máy bón phân viên nén theo các mẫu máy nước ngoài gặp khó khăn vì
không thể áp dụng công nghệ ép nhựa tiên tiến, giá thành cao; mẫu máy không phù
hợp với các dạng viên nén đang có trong nước.
Bốn mô hình cơ cấu cấp phân giống các mẫu máy của nước ngoài, bao gồm cơ
cấu cấp kiểu thìa múc, cơ cấu cấp kiểu kiểu đĩa múc, cơ cấu múc kiểu cam cần đẩy,
cơ cấu kiểu xích tải đã được chế tạo và tiến hành đánh giá thực nghiệm. Một cơ cấu
mới phù hợp hơn với khả năng chế tạo mà lại phù hợp hơn với các dạng viên đa
hình đang có trong nước đã được đề xuất, chế tạo và vận hành thử nghiệm cho kết
quả tốt.
Một máy bón phân viên nén hoàn chỉnh với cơ cấu cấp phân tự động, linh hoạt,
đơn giản, loại bỏ được gần như hoàn toàn hiện tượng viên phân kẹt và vỡ viên phân,
khoảng cách dải phân đồng đều, kết cấu máy đơn giản, dễ vận hành, dễ bảo dưỡng,
vật liệu chế tạo tại chỗ và rất sẵn ở Việt Nam; đã được thiết kế, chế tạo và vận hành
thử nghiệm thành công.
Các kết quả của đề tài này có thể được sử dụng hữu ích cho những nghiên cứu
thêm về máy bón phân trong tương lai để cải thiện khả năng làm việc của máy phù
hợp hơn với thực tế nhiều vùng nông thôn Việt Nam.

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
4

Mục lục
Lời cam đoan 1
Lời cám ơn 2
Tóm tắt 3
Mục lục 4
Các ký hiệu viết tắt 6
Danh mục các hình ảnh 7
Danh mục các bảng, biểu 10
Chương 1 GIỚI THIỆU 11
1. 1. Phân bón viên nén 11
1.2. Nguyên tắc sử dụng phân bón dạng viên nén 12
1.3. Thực trạng sử dụng phân bón viên nén 13
1.4. Nhu cầu cơ giới hóa bón phân viên nén 15
1.5. Mục tiêu nghiên cứu 19
1.6. Các kết quả chính đã đạt được 19
1.7. Cấu trúc của luận văn 20
Chương 2 THIẾT KẾ CẤU TRÚC MÁY BÓN PHÂN VIÊN NÉN DÚI SÂU 21
2.1. Giới thiệu 21
2.2. Một số yêu cầu kỹ thuật của máy bón phân viên nén 22
2.2.1. Nguyên tắc cấu trúc của máy bón phân viên nén 22
2.2.2. Các yêu cầu sử dụng máy bón phân viên nén 23
2.2.3. Các yêu cầu kỹ thuật cho máy bón phân viên nén 23
2.3. Đặc điểm của phân viên nén 24
2.4. Thử nghiệm một số kết cấu tách và cấp phân viên nén 29

2.5. Cấu trúc cơ cấu cấp phân đề xuất cải tiến 41
2.5.1. Thùng chứa phân 42
2.5.2. Đĩa cấp phân 43
Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
5

2.6. Phương án thiết kế cấu trúc máy 46
2.6.1. Một số đặc tính cơ học, vật lý cơ bản của đất nông nghiệp 46
2.6.2. Bộ phận cấp và tách phân 48
2.6.3. Bộ phận rạch hàng và lấp đất 49
2.7. Kết luận 52
Chương 3 THIẾT KẾ CHI TIẾT, CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM 53
MÁY BÓN PHÂN VIÊN NÉN DÚI SÂU 53
3.1. Giới thiệu 53
3.2. Tính toán xác định các thông số chế tạo 53
3.2.1. Bộ phận cấp phân 53
3.2.2. Tính toán lực tác dụng lên lưỡi rạch 55
3.2.3. Tấm trượt 57
3.2.4. Tính toán các bộ phận cơ cấu truyền động 58
3.2.5. Kết cấu khung máy 61
3.3. Chế tạo và lắp ráp sản phẩm 63
3.3.1. Các phương pháp gia công 63
3.3.2. Các bản vẽ chế tạo 63
3.3.3. Trình tự lắp ráp 68
3.4. Vận hành thử nghiệm 69
3.4.1. Thử nghiệm chức năng hoạt động 69
3.4.2. Thử nghiệm hiệu suất dải phân 70
CÁC KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 74
Tài liệu tham khảo 75

PHỤ LỤC 76



Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
6


Các ký hiệu viết tắt

BARI Viện nông nghiệp Bangladesh (Bangladesh Agricultural Research
Institute)
FDP Phân bón viên nén dúi sâu (Fertilizer Deep Placement)
IFDC Trung tâm phát triển phân bón quốc tế (International Fertilizer
Development Center)
IDEVietnam Tổ chức phát triển Việt Nam

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
7



Danh mục các hình ảnh


Hình
Nội dung
Trang
Hình 1.1. Cách bón phân viên nén [21] 12
Hình 1.2. Nông dân Việt Nam dúi viên phân nén 13
Hình 1.3. Nông dân Bangladesh sử dụng FDP 13
Hình 1.4. Nông dân Việt Nam sử dụng FDP 13
Hình 1.5. Bộ trưởng Nông nghiệp Bangladesh và đại sứ Mỹ tại Bangladesh trong lễ
ra mắt sản phẩm máy bón phân cải tiến 16
Hình 1.6. Mẫu máy thiết kế cho Châu Phi dựa trên thiết kết của Bangladesh 16
Hình 1.7. Mẫu máy thử nghiệm dùng thìa múc 17
Hình 1.8. Hai mẫu máy dúi phân nén của Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội 18
Hình 2.1 Cấu trúc cơ bản của máy bón phân viên nén 23
Hình 2.2. Một số hình dạng viên phân bón nén 24

Hình 2.3. Máy ép phân viên nén sản xuất từ Bangladesh 25
Hình 2.4. Quả lô ép phân viên nén 25
Hình 2.5. Dụng cụ thí nghiệm xác định góc tự chảy

27
Hình 2.6. Góc tự chảy của viên phân nén 27
Hình 2.7. Dụng cụ thí nghiệm đo góc ma sát 28
Hình 2.8. Cơ cấu cấp phân dạng đĩa 30
Hình 2.9. Thực nghiệm các dạng đĩa cấp phân 31
Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
8

Hình 2.10. Nguyên lý cơ cấu cấp phân dạng cam đẩy 32
Hình 2.11. Mô hình thực nghiệm cơ cấu cấp phân dạng cam đẩy 32
Hình 2.12. (a) Nguyên lý cơ cấu cấp phân dạng thìa múc;(b) Đĩa gắn thìa múc 33
Hình 2.13. Thiết bị và thực nghiệm đánh giá cơ cấu thìa múc 34
Hình 2.14. Cơ cấu cấp phân dạng gầu tải 35
Hình 2.15. Cơ cấu tách phân bằng gầu tải trên xích và thực nghiệm đánh giá 35
Hình 2.16. Mô hình thực nghiệm cơ cấu cấp phân dùng gầu tải gắn trên băng tải . 36
Hình 2.17: Cơ cấu cấp phân kết hợp 38
Hình 2.18: Đĩa cấp cải tiến 38
Hình 2.19: Cơ cấu cấp phân dạng Vít me 39
Hình 2.20. Cơ cấu cấp phân kiểu piston 40
Hình 2.21. Bộ phận gieo hạt loại đĩa nghiêng [11] 41
Hình 2.22. Mô hình thực nghiệm cơ cấu cấp phân cải tiến 42
Hình 2.23. Thùng chứa phân viên nén dạng trụ tròn 43
Hình 2.24. Góc làm việc của thùng chứa 43
Hình 2.25. Lực tác dụng của đĩa múc lên viên phân nén 44
Hình 2.26. Lực tác dụng vuông góc với phương trượt của viên phân nén 45

Hình 2.27. Trọng lượng của viên phân tác dụng lên đĩa múc Error! Bookmark not
defined.
Hình 2.28. Biên dạng đĩa cấp phân Error! Bookmark not defined.
Hình 2.29. Cơ cấu cấp phân cải tiến 48
Hình 2.30. Vị trí làm việc của máy bón phân trên ruộng lúa 49
Hình 2.31. Các dạng lưỡi rạch 50
Hình 2.32: Ống dẫn mềm 51
Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
9

Hình 2.33: Bộ phận lấp phân 51
Hình 3.1. Nêm cắt đất 55
Hình 3.2. Lực tác động lên lưỡi rạch 56
Hình 3.3. Bánh xe công tác 59
Hình 3.4. Bộ truyền bánh răng trụ truyền chuyển động giữa hai trục vuông góc 60
Hình 3.5. Bánh răng côn chủ động 60
Hình 3.6. Bánh răng côn bị động 61
Hình 3.7. Bích đỡ cơ cấu cấp phân 62
Hình 3.8. Khung máy và tấm trượt 62
Hình 3.9: Phần mềm Solidworks, Autodesk Inventor 63
Hình 3.10: Bản vẽ chế tạo đĩa cấp phân Error! Bookmark not defined.
Hình 3.11: Bản vẽ chế tạo thùng chứa Error! Bookmark not defined.
Hình 3.12: Bản vẽ chế tạo bích đỡ 64
Hình 3.13: Bản vẽ chế tạo trục bị động 65
Hình 3.14: Bản vẽ chế tạo bánh răng côn chủ động 65
Hình 3.15: Bản vẽ chế tạo bánh răng côn bị động 66
Hình 3.16: Bản vẽ chế tạo bộ phận rạch hàng và tấm trượt 66
Hình 3.17: Bản vẽ chế tạo gối đỡ 67
Hình 3.18: Bản vẽ chế tạo khung máy 67

Hình 3.19: Máy bón phân viên nén 2 hàng 68
Hình 3.20: Máy bón phân viên nén 1 hàng 69
Hình 3.21: Thực nghiệm khoảng cách dải phân 71
Hình 3.22: Khe hở giữa đĩa cấp và thùng chứa Error! Bookmark not defined.
Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
10

Hình 3.23. Kết cấu thực nghiệm cơ bón phân cải tiếntrên máy bón phân gắn động
cơ 73
Hình 3.24. Thử nghiệm máy bón phân viên nén gắn động cơ 73




Danh mục các bảng, biểu

Bảng
Nội dung
Trang
Bảng 2.1: Góc tự chảy của viên phân nén
26
Bảng 2.2: Kết quả thí nghiệm xác định hệ số ma sát giữa viên phân nén và
thép
27
Bảng 2.3: Kết quả thí nghiệm xác định hệ số ma sát giữa viên phân nén và
tấm mica
28
Bảng 3.1: Các thông số tính toán cơ cấu cấp phân
53

Bảng 3.2: Kết quả tính toán thông số lưỡi rạch đất
55
Bảng 3.3: Thông số đặc trưng của máy
68
Bảng 3.4: Kết quả thử nghiệm dải phân trong phòng thí nghiệm (10m)
69

















Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
11

Chƣơng 1
GIỚI THIỆU

Chương này giới thiệu những đặc điểm cơ bản, nguyên tắc sử dụng phân bón
vô cơ dạng viên nén dúi sâu (Fertilizer Deep Placement – FDP). Thực trạng sử dụng
phân viên nén ở Việt Nam, ở một số nước trên thế giới và nhu cầu cơ giới hóa trong
canh tác sử dụng viên phân nén dúi sâu ở Việt Nam lần lượt được trình bày trong
các phần 1.1, 1.2 và 1.3. Một số kết quả của các công trình nghiên cứu về cơ giới
hóa quá trình tạo và bón phân viên nén dúi sâu được tóm tắt trong phần 1.4. Mục
tiêu nghiên cứu của đề tài này và những kết quả đạt được của đề tài sẽ được giới
thiệu trong phần 1.5, 1.6. Phần cuối cùng, phần 1.7 giới thiệu cấu trúc của luận văn.
1. 1. Phân bón viên nén
Phân viên nén là một loại phân tổng hợp từ ba thành phần chính là Đạm, Lân và
Kali; có đặc tính tan chậm trong nước, vừa đủ cho các thời kì sinh trưởng và phát
triển của cây trồng. Việc sử dụng phân viên nén đảm bảo cho cây trồng vừa có đủ
dinh dưỡng mà lại không bị ngộ độc do phân được bón quá nhiều, đồng thời cũng
đảm bảo cho phân bón không bị mất mát do bị rửa trôi hay bốc hơi.
Bằng cách sử dụng phân bón viên nén hợp lý, chất dinh dưỡng trong viên phân
nén sẽ tan dần, phù hợp với nhu cầu của cây trồng theo từng thời kỳ nên vừa tiết
kiệm được cả công sức, vật tư mà hiệu quả lại cao hơn cách bón phân truyền thống
[1-6]. Các nghiên cứu gần đây đã cho thấy, sử dụng phân viên nén dúi sâu tiết kiệm
được khoảng 30% chi phí, lượng giống giảm; hạn chế được sâu bệnh; năng suất lúa
cao hơn lúa bón phân thường từ 50 đến 100kg/sào. Thêm nữa, loại phân viên dúi

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
12

sâu rất phù hợp với ruộng bậc thang, không bị rửa trôi, bốc hơi [1-5].
Hiện nay, phân bón viên nén dúi sâu dùng cho cây lúa do Bộ môn Thủy nông -
Canh tác, Khoa Đất-Môi trường thuộc Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội nghiên
cứu, sản xuất đã được sử dụng rộng rãi ở nhiều địa phương đưa lại hiệu quả kinh tế
cao.
1.2. Nguyên tắc sử dụng phân bón dạng viên nén
Lợi ích từ việc sử dụng phân bón dạng viên nén (FDP) cho cây lúa đã được
khẳng định ở Việt Nam cũng như một số nước trên thế giới. Đến nay, phương pháp
bón phân viên nén dúi sâu đang được nông dân Việt Nam, nông dân một số nước
khác sử dụng chủ yếu vẫn là phương pháp dúi phân bằng tay.



Hình 1.1. Cách bón phân viên nén [21]

Kỹ thuật bón phân viên nén dúi sâu yêu cầu yêu cầu cứ 4 khóm lúa cách nhau
một khoảng (20 x 20) cm phải có một viên phân nén được dúi nằm sâu dưới mặt
ruộng từ 6-10 cm và cách nhau một khoảng cố định 20 cm (Xem minh họa trên hình
1.1).
Kỹ thuật bón phân đơn giản nhất, đồng thời cũng là cách thức đang được sử
dụng phổ biến hiện nay ở nước ta là: người nông dân phải bỏ sẵn viên phân vào 1
cái túi đeo bên mình, mỗi người đi 1 hàng bón dúi cho 2 hàng bên cạnh (cách 1
hàng bón dúi cho 1 hàng, cứ 4 khóm lúa bón dúi 1 viên phân nén). Một tay luôn để
khô để lấy phân đưa qua tay kia dúi sâu 6-10cm so với mặt ruộng. Sau khi dúi xong,
6 – 10cm
Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
13

dùng tay gạt nhẹ một lớp bùn mỏng phủ kín viên phân (Xem hình 1.2).



Hình 1.2. Nông dân Việt Nam dúi viên phân nén

Một số hình ảnh bón phân viên nén trong và ngoài nước được minh họa trên
hình 1.3 và 1.4.



Hình 1.3. Nông dân Bangladesh
sử dụng FDP
Hình 1.4. Nông dân Việt Nam
sử dụng FDP
1.3. Thực trạng sử dụng phân bón viên nén
Ở trong nước, mô hình bón phân dạng viên nén dúi sâu (Fertilizer Deep
Placement – FDP) đã được triển khai trên khắp cả nước và được đánh giá rất cao,
không những cho cây lúa [1-5] mà còn cho các loại cây khác [6,7].
Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
14

Trong báo cáo thường niên tháng 9 năm 2010 [8] của tổ chức IFDC
(www.ifdc.org) về các nước có triển khai dự án áp dụng phân bón viên nén dúi sâu
(FDP) cho cây trồng, đã đưa tin về việc triển khai mô hình sử dụng FDP tại miền
Bắc Việt Nam từ năm 2000. Một số kết quả chính được tóm tắt như dưới đây.

Mô hình áp dụng kỹ thuật canh tác sử dụng FDP ở miền Bắc Việt Nam từ năm
2000, đã đem lại hiệu quả kinh tế là: tăng 25% sản lượng cây trồng và giảm được
khoảng 40% lượng phân bón sử dụng. Với sự thành công này, tổ chức phát triển
Việt Nam (IDE Vietnam) đã nhân rộng kỹ thuật sử dụng FDP cho khoảng 10.000
gia đình ở vùng núi của tỉnh Yên Bái.
Từ năm 2003 đến nay, mô hình sử dụng FDP liên tục được phát triển và nhân
rộng ở Việt Nam, bắt đầu từ các tỉnh: Thanh Hoá, Quảng Trị, Thừa Thiên-Huế,
Quảng Nam mở rộng ra các tỉnh Lào Cai, Hà Giang, Tuyên Quang, Bắc Kan Đặc
biệt dự án sử dụng phân bón viên nén FDP có sự tham gia, ủng hộ của các cấp lãnh
đạo các tỉnh và các ban ngành liên quan cùng với sự hỗ trợ về công nghệ, nhân lực,
kinh phí của tổ chức phát triển Việt Nam (IDE Vietnam) và tổ chức CODESPA -
Tây Ban Nha.
Trên thế giới, mô hình sử dụng phân viên nén dúi sâu FDP cho cây trồng không
chỉ áp dụng ở Việt Nam mà đã được nghiên cứu và ứng dụng ở rất nhiều quốc gia
trên thế giới như: Bangladesh, Combodia, India, Madagascar, Malawi, Mali, Niger,
Nigeria Trong đó, Bangladesh là quốc gia điển hình về ứng dụng mô hình sử dụng
FDP cho cây trồng, đặc biệt dự án được sự ủng hộ của chính phủ (Bộ trưởng nông
nghiệp Matia Chowdhury và các thành viên chính phủ) và Viện nông nghiệp
Bangladesh (Bangladesh Agricultural Research Institute – BARI) [8].
Năm 1980, ở nước này sản lượng gạo đạt được ở mức 10 triệu tấn thu hoạch từ
10 triệu ha. Đến năm 2009, sản xuất gạo đã tăng lên đến hơn 34 triệu tấn/10 triệu
ha. Từ 2009 đến 2011, diện tích sử dụng FDP tăng từ 36 000 ha đến 277 000 ha,
giảm được 40% lượng phân bón sử dụng và làm tăng năng suất cây trồng khoảng
25% đến 40% [9].
Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
15

1.4. Nhu cầu cơ giới hóa bón phân viên nén
Nguyên tắc sử dụng phân viên nén dúi sâu cho cây lúa như đã giới thiệu trong

phần 1.2, yêu cầu là cứ cách 4 khóm lúa - cách nhau một khoảng (20 x 20) cm phải
có một viên phân nằm sâu dưới mặt ruộng từ 6-10 cm và cách nhau một khoảng cố
định 20 cm.
Như đã nêu ở phần trên, hiện nay phương pháp phổ biến nhất để bón phân viên
nén cho cây lúa vẫn là phương pháp thủ công “dúi phân” bằng tay. Sử dụng phương
pháp này, không chỉ người trồng lúa phải tiêu tốn rất nhiều sức lao động, thời gian
và chi phí sản xuất vì phải làm công việc giống như cấy lúa thêm lần thứ hai mà còn
làm cho việc nhân rộng mô hình sử dụng FDP cho cây lúa gặp rất nhiều khó khăn.
Vì vậy, để tiết kiệm thời gian, sức lao động, chi phí, cần thiết phải có máy bón phân
viên nén dúi sâu để giải phóng sức lao động, đem lại hiệu quả kinh tế cho người
trồng lúa.
Ở các quốc gia được nhận sự hỗ trợ của tổ chức IFDC, cùng với mô hình ứng
dụng phân viên nén FDP cho cây trồng là các hệ thống dây chuyền sản xuất phân
viên nén và những nghiên cứu thử nghiệm máy bón phân viên nén. Quốc gia đi đầu
trong số các nước đang phát triển đang triển khai các dự án nghiên cứu thử nghiệm
máy bón phân viên nén là Bangladesh, đặc biệt là các dự án này có được sự ủng hộ
từ chính phủ (Xem hình 1.5).


Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
16

Hình 1.5. Bộ trưởng Nông nghiệp Bangladesh và đại sứ Mỹ tại
Bangladesh trong lễ ra mắt sản phẩm máy bón phân cải tiến

Trong khoảng thời gian cuối năm 2010 và 2011, dựa trên cơ sở là những cải
tiến thiết kế máy mới nhất ở Bangladesh nhóm nghiên cứu và phát triển của IFDC
đứng đầu là tiến sĩ Bidjokazo Fofana, đã nghiên cứu và ứng dụng máy dúi sâu viên
nén cho đất canh tác ở châu Phi [10].

Hình 1.6. Mẫu máy thiết kế cho Châu Phi dựa trên
thiết kết của Bangladesh

Các máy của tổ chức IFDC thiết kế cho Châu Phi (hình 1.6) có kết cấu rất đơn
giản, nguyên lý hoạt động kiểu Piston, hoạt động dễ dàng; khối lượng máy chỉ nặng
khoảng 2kg. Chi phí chế tạo máy này ước tính tại thời điểm (2010-2011) là khoảng
95 USD. Đây là lựa chọn có thể chấp nhận được cho nông dân. Tuy nhiên, năng
suất của máy không được cao. Thao tác vận hành máy vẫn còn bán thủ công.

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
17



Hình 1.7. Mẫu máy thử nghiệm dùng thìa múc

Một mẫu máy khác cũng của Bangladesh có nguyên lý sử dụng các thìa múc
quay tròn để cấp phân nén được minh họa trên hình 1.7 (Nguyên tắc làm việc của
máy sẽ được phân tích trong các phần tiếp sau). Máy có kết cấu rất đơn giản, nhỏ
gọn, dễ chế tạo, dễ sử dụng và vật liệu chế tạo cũng rất sẵn có. Tuy nhiên, thực
nghiệm cho thấy máy vẫn còn hiện tượng viên phân nén bị vỡ, bị kẹt, xuất hiện hiện
tượng dúi bỏ sót khi vận tốc đĩa múc lớn, khi máy được di chuyển không đều. Thêm
nữa, kết cấu bộ phận cung cấp khá phức tạp do cần khống chế lượng viên phân
trong khoang chờ múc.
Phân tích cho thấy, có nhiều nguyên lý có thể chia tách các hạt từ đống vật liệu

rời (viên nén). Tuy nhiên, khó khăn chính nằm ở chỗ, phân viên nén FDP trong
nước hiện nay được ép ra có hình dạng, kích thước rất không thống nhất. Điều này
dẫn đến các khó khăn cho thiết kế và chế tạo bộ phận phân phối phân của máy, cụ
thể là:
 Gây ra sự “tranh chấp” của các viên phân nén trong bộ phận cung cấp
phân làm cho phân bị kẹt, tắc và gây vỡ viên phân.
 Gây ra hiện tượng khoảng cách giữa các viên phân trong cùng một hàng
không đều do viên phân chuyển động không đều hoặc kẹt trong ống dẫn
phân từ bộ phận cung cấp đến rãnh rạch trên ruộng.
 Xảy ra tình trạng các viên phân tạo thành vòm trong thùng chứa do các
Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
18

viên phân sắp xếp đan vào nhau rất chắc chắn, gây khó khăn cho việc tách
rời từng viên phân để cung cấp cho bộ phận bón phân.
Ở Việt Nam, trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội cũng đã triển khai các đề tài
nghiên cứu, thử nghiệm về máy bón phân viên nén dúi sâu (hình 1.8). Ngày
5/7/2012 Công ty cổ phần Công nghệ xanh Đại học Nông nghiệp Hà Nội cũng đã tổ
chức thử nghiệm máy bón phân viên nén (hình1.8) tại xã Liên Sơn- Bắc Giang [17].
Tuy nhiên, đến nay các máy này vẫn chưa đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật như đã
phân tích. Do vậy, đến nay vẫn chưa có máy bón phân viên nén thương mại nào đáp
ứng được yêu cầu trên thị trường Việt Nam.





Hình 1.8. Hai mẫu máy dúi phân nén của
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội

Tóm lại, lợi ích của việc bón phân dúi sâu là rất lớn. Tuy nhiên, cơ giới hóa cho
thao tác dúi phân lại là một vấn đề chưa được giải quyết trọn vẹn. Ở các nước phát
triển, việc dúi phân được thực hiện tự động, gắn liền với quá trình làm đất. Tuy
nhiên, ở các nước đang phát triển, diện tích canh tác còn nhỏ lẻ, việc triển khai sử
dụng viên nén dúi sâu gặp khó khăn ở chính khâu dúi phân vì đòi hỏi công sức
nhiều hơn bón phân vãi truyền thống. Nhu cầu sử dụng máy bón phân viên nén ở
các nước đang phát triển vì vậy rất cao. Tuy nhiên, cho đến nay, các tài liệu chuyên
khảo phục về tính toán, thế kế và chế tạo máy bón phân viên nén dúi sâu hầu như là
Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
19

không có.
Xuất phát từ các tồn tại nêu trên, đề tài này được thực hiện nhằm tính toán,
thiết kế, chế tạo và vận hành thử nghiệm một loại máy bón phân viên nén dúi sâu
đơn giản, phù hợp với điều kiện sản xuất và vận hành ở Việt Nam.
1.5. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chính của đề tài là tính toán thiết kế và chế tạo thử nghiệm thành công
một loại máy bón phân viên nén dúi sâu đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và phù hợp
với điều kiện nông thôn và miền núi Việt Nam.
Các mục tiêu cụ thể là:
 Khảo sát các đặc điểm cơ học của các loại đất canh tác thông dụng;
 Thiết kế máy bón phân nén thỏa mãn các yêu cầu đầu vào về kích cỡ viên
phân nén đang có; các yêu cầu đầu ra về tốc độ, chiều sâu dúi viên phân nén
và mật độ phân phối; các cơ cấu điều chỉnh các thông số vào, ra mềm dẻo;
 Chế tạo một loại máy bón phân nén và thử nghiệm trên thực tế đồng ruộng
tại một số tỉnh nông nghiệp;
 Hoàn chỉnh kết cấu và quy trình sản xuất máy bón phân viên nén đạt yêu
cầu;

1.6. Các kết quả chính đã đạt đƣợc

Đề tài này đã đạt được mục tiêu cơ bản là thiết kế và chế tạo được một loại máy
bón phân viên nén hoàn chỉnh. Các vấn đề cơ bản do hình dáng hình học không
đồng đều của viên phân nén gây ra cho máy dúi phân đã được giải quyết. Một số kết
quả chính của đề tài đã đạt được bao gồm:
1. Khảo sát yêu cầu thực tế nhằm xác định các thông số kỹ thuật chủ yếu để thiết
kế cho sản phẩm từ những nhu cầu của thị trường và nhu cầu về công nghệ;
2. Đã thiết kế, chế tạo và vận hành thử nghiệm một loạt các mô hình thí nghiệm
bao gồm: khảo sát ảnh hưởng của các cơ cấu cấp kiểu thìa múc, cơ cấu cấp kiểu
kiểu đĩa múc, cơ cấu múc kiểu cam cần đẩy, cơ cấu kiểu xích tải; từ đó chọn ra
kiểu phân phối viên nén phù hợp với dạng viên nén có hình dáng và kích thước
có sai lệch nhau lớn;
Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
20

3. Đã thiết kế, chế tạo, sản xuất và vận hành thử nghiệm một loại máy bón phân
viên nén đạt được các kết quả như sau:
 Hiện tượng viên phân “tranh chấp” trong bộ phận chứa dẫn đến hiện tượng
kẹt và vỡ viên phân hầu như không có.
 Khoảng cách giữa các viên phân trong một hàng đã được đảm bảo đều hơn.
 Không còn hiện tượng viên phân tạo thành vòm trong bộ phận chứa.
 Kết cấu máy đơn giản, dễ vận hành, dễ bảo dưỡng, vật liệu chế tạo tại chỗ và
rất sẵn ở Việt Nam.



1.7. Cấu trúc của luận văn
Luận văn được bố cục thành 3 chương với các nội dung chính như sau:

Chương 1 trình bày những đặc điểm cơ bản, phương pháp sử dụng của viên
phân nén hiện nay ở Việt Nam và một số nước trên thế giới. Mục tiêu nghiên cứu và
một số kết quả đạt được của đề tài cũng sẽ được giới thiệu trong chương này.
Nội dung của chương 2 xoay quanh các vấn đề về xác định các yêu cầu kỹ thuật
đối của máy bón phân viên nén dúi sâu được tính toán, thiết kế, chế tạo và vận hành
thử nghiệm. Các thông số cơ bản, đặc trưng quyết định các yêu cầu kỹ thuật của
máy bón phân viên nén như: đặc điểm về cơ học, vật lý của đất canh tác lúa và đặc
điểm của viên phân nén, sẽ được khảo sát, tính toán. Nguyên lý hoạt động cũng
như các bộ phận của máy sẽ lần lượt được tính toán.
Từ những kết quả tính toán trong chương 2, những thông số chế tạo, phương
pháp gia công chế tạo máy, vận hành thử nghiệm và cách đánh giá các kết quả thực
nghiệm là nội dung chính của chương 3. Những kết quả đạt được, những đề xuất cải
tiến kỹ thuật cũng được trình bày trong chương này.



Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
21

Chƣơng 2
THIẾT KẾ CẤU TRÚC
MÁY BÓN PHÂN VIÊN NÉN DÚI SÂU

2.1. Giới thiệu

Chương này giới thiệu các cơ sở và cách thức tiếp cận cho bài toán thiết kế máy
bón phân viên nén dúi sâu. Xuất phát từ những yêu cầu sử dụng thu thập được,
nhóm thiết kế tiến hành xác định các yêu cầu kỹ thuật cơ bản dùng làm mục tiêu
cho bài toán thiết kế. Các cơ cấu hiện đang sử dụng trên thế giới để tách cấp phân
và chuyển viên phân nén xuống dưới mặt ruộng được giới thiệu, phân tích để đưa ra
quyết định lựa chọn cho bài toán thiết kế. Một số thông số cơ học của đất và cách
tính toán lực cản của đất cũng được tóm tắt lại để tiện cho việc tham chiếu tính toán
lực đẩy máy khi vận hành.
Trước hết, việc xác định các yêu cầu kỹ thuật cơ bản của một máy bón phân
viên nén được trình bày trong phần 2.2. Phần 2.3, 2.4 giới thiệu, phân tích đặc điểm
của viên phân nén và các cơ cấu tách viên phân hiện có. Cơ sở tính toán lực đẩy cần
thiết cho máy được trình bày trong phần 2.5.
Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

22

2.2. Một số yêu cầu kỹ thuật của máy bón phân viên nén
Các yêu cầu kỹ thuật được xác định nhằm đáp ứng các yêu cầu sử dụng thực tế.
Các yêu cầu thực tế được tập hợp thông qua việc khảo sát hiện trạng bón phân viên
nén, ý kiến đề xuất của các nông dân thông qua các Sở khuyến nông, công ty sản
xuất máy nông nghiệp và ý kiến khách hàng tại các triển lãm máy nông nghiệp toàn
quốc. Xuất phát từ các yêu cầu thực tế, một số đặc tính kỹ thuật căn bản sẽ được đề
xuất để đáp ứng các yêu cầu đó.
2.2.1. Nguyên tắc cấu trúc của máy bón phân viên nén
Tham khảo một số kết cấu máy bón phân đã có và đang thử nghiệm trên thế
giới [22], có thể phân tích cấu trúc của một máy bón phân viên nén thành 3 bộ phận
chính sau đây:
 Bộ phận chứa phân
 Bộ phận tách viên phân ra khỏi thùng chứa
 Bộ phận dúi viên
Trên hình 2.1, một máy bón phân dúi sâu đẩy tay được sử dụng để minh họa nguyên
tắc cấu trúc của máy.




1
3
2
Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
23

Hình 2.1 Cấu trúc cơ bản của máy bón phân viên nén

1- bộ phận chứa phân, 2- bộ phận tách viên phân khỏi thùng chứa,
3- bộ phận dúi viên phân nén

Với máy bón phân dạng này, viên phân nén sẽ từ bộ phận chứa phân 1 sẽ rơi
vào bộ phận tách phân 2 nhờ trọng lượng của viên phân nén. Viên phân nén từ bộ
phận tách phân sẽ đi qua ông dẫn tới bộ phận dúi phân 3 và được dúi xuống ruộng.
2.2.2. Các yêu cầu sử dụng máy bón phân viên nén
Khảo sát thực tế cho thấy, các yêu cầu sử dụng thường được đặt ra với máy bón
phân viên nén bao gồm:
a. Máy cần rải được phân viên nén đều, đúng khoảng cách hàng, khoảng
cách bước;
b. Có thể chấp nhận lỗi bón trùng (một vị trí có thể bỏ 2 viên), nhưng
không bỏ sót vị trí;
c. Máy cần gọn nhẹ để có thể dễ dàng quay đầu khi đến bờ ruộng và không
lún sâu khi vận hành;
d. Khi vận hành, máy không đè hỏng cây lúa đã cấy khi bón thúc;
e. Rẻ tiền;
f. Dễ lau chùi, bảo dưỡng, thay thế, sửa chữa.
2.2.3. Các yêu cầu kỹ thuật cho máy bón phân viên nén
Tiến hành phân tích đặc tính kỹ thuật các máy thương mại hiện có và các mô
hình thử nghiệm trong và ngoài nước, các chỉ tiêu kỹ thuật tương ứng sau đây đã
được đề xuất:
1) Máy có khối lượng kể cả phân viên nén không quá 10 kg nhằm đảm bảo khả
năng bê máy lên quay đầu khi đến bờ ruộng;
2) Bộ phận chia tách phân đảm bảo rời rạc hóa và cung cấp cho bộ phận dúi
sâu 01 viên phân nén cứ sau mỗi khoảng cách 18 cm dịch chuyển của máy;
Ta gọi thông số này là bước rải dọc;
3) Khi bón thúc cho lúa, máy chỉ di chuyển dọc theo các hàng lúa đã cấy.
Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

24

Khoảng cách giữa các hàng phân được bón phải cách đều và lấy theo thông
số ruộng lúa thực tế. Gọi khoảng cách này là bước ngang;
4) Tỷ lệ bỏ sót các viên phân nén không quá 2%;
5) Xác suất kẹt các viên phân trong bộ phận tách phân không quá 1%;
6) Giá thành chế tạo không quá 5 triệu/ máy;
7) Các bộ phận không rỉ; dễ lau rửa;
8) Dễ chế tạo, lắp ráp và vận hành;
9) Dễ dàng sửa chữa khi cần.
Căn cứ các yêu cầu kỹ thuật nêu trên, đề tài tập trung giải quyết vấn đề kỹ thuật cơ
bản nhất là bộ phận chia tách các viên phân. Việc thử nghiệm trước hết được thực
hiện cho máy đẩy tay; sau đó lắp đặt thử nghiệm cho máy chạy động cơ.
2.3. Đặc điểm của phân viên nén
Phân viên nén hiện nay đang sử dụng phổ biến ở Việt Nam được sản xuất trên
dây chuyền máy ép phân dạng quả lô. Máy có nguồn gốc từ mẫu máy của Tổ chức
phân bón quốc tế IFDC được sản xuất tại Bangladesh.


Hình 2.2. Một số hình dạng viên phân bón nén