NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG LÀM VIỆC CỦA MÁY TUNG BÃ BÙN MÍA TRONG CANH TÁC MÍA TẠI TÂY NINH
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.47 MB, 130 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
******************
TÔN THẤT HẢI
NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT
LƯỢNG LÀM VIỆC CỦA MÁY TUNG BÃ BÙN MÍA
TRONG CANH TÁC MÍA TẠI TÂY NINH
Chuyên ngành : Cơ Khí – Công Nghệ
Mã số
: 60.52.14
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT
Hướng dẫn khoa học
PGS.TS. NGUYỄN HAY
Thành phố Hồ Chí Minh
Tháng 11/2008
i
NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT
LƯỢNG LÀM VIỆC CỦA MÁY TUNG BÃ BÙN MÍA
TRONG CANH TÁC MÍA TẠI TÂY NINH
TÔN THẤT HẢI
Hội đồng chấm luận văn:
1. Chủ tịch :
TS. NGUYỄN NHƯ NAM
Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh
2. Thư ký :
PGS.TS. BÙI VĂN MIÊN
Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh
3. Phản biện 1:
TS. DƯƠNG THÁI CÔNG
Trường Đại học Cần Thơ
4. Phản biện 2:
TS. PHAN HIẾU HIỀN
Hội Cơ khí Nông nghiệp Việt Nam
5. Ủy viên :
PGS.TS. NGUYỄN HAY
Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
HIỆU TRƯỞNG
ii
LÝ LỊCH CÁ NHÂN
Tôi tên Tôn Thất Hải, sinh ngày 27 tháng 9 năm 1968 tại Sóc Trăng, con Ông
Tôn Thất Sum và Bà Nguyễn Thị Hồng Vân.
Tốt nghiệp trung học phổ thông tại Trường trung học phổ thông Trần Hưng Đạo,
tỉnh Tây Ninh.
Tốt nghiệp Đại học chuyên ngành Cơ khí Nông nghiệp hệ chính quy tại trường
Đại học Nông Lâm TP.Hồ Chí Minh, năm 1993
Hiện nay làm việc tại Phân Viện Cơ Điện Nông nghiệp & Công nghệ Sau thu
hoạch TP.Hồ Chí Minh.
Năm 2005 theo học Cao học ngành Cơ khí Nông nghiệp tại Đại học Nông Lâm
TP.Hồ Chí Minh.
Tình trạng gia đình: độc thân.
Địa chỉ liên lạc: 274C Bùi Đình Túy, quận Bình Thạnh, TP.Hồ Chí Minh.
Điện thoại: 0902953123
Email:
iii
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực
và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả
Tôn Thất Hải
iv
LỜI CẢM TẠ
Tôi xin chân thành bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến:
- Thầy PGS.TS. Nguyễn Hay, Phó Hiệu trưởng, Giám đốc Trung tâm Công
nghệ và Thiết bị Nhiệt lạnh Trường Đại học Nông Lâm TP.Hồ Chí Minh đã tận
tình hướng dẫn và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
-
Ban Giám hiệu, Phòng Sau Đại học, Ban Chủ nhiệm Khoa Cơ khí – Công
nghệ Trường Đại học Nông Lâm TP.Hồ Chí Minh đã cho phép và tạo điều kiện
thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn này.
-
Cô PGS.TS. Trần Thị Thanh, Trưởng Khoa Cơ khí – Công nghệ Trường Đại
học Nông Lâm TP.Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện tốt nhất trong quá trình thực hiện.
-
Thầy Th.S. Đặng Hữu Dũng, Phó Khoa Cơ khí – Công nghệ Trường Đại học
Nông Lâm TP.Hồ Chí Minh đã giúp đỡ về cơ sở vật chất , trang thiết bị trong
suốt quá trình thực hiện luận văn.
-
Thầy Kiều Công Đức, Chuyên viên kỹ thuật, Khoa Cơ khí – Công nghệ
Trường Đại học Nông Lâm TP.Hồ Chí Minh đã tận tình giúp đỡ và tạo mọi điều
kiệu thuận lợi về máy móc thiết bị cho tôi trong suốt quá trình thực hiện.
-
Toàn thể quý Thầy Cô đã giảng dạy và truyền đạt những kiến thức vô cùng
quý báu cho tôi trong thời gian tôi học Cao học.
Tôi xin chân thành cảm ơn:
-
Các bạn học lớp Cao học khóa 2005 đã phối hợp và giúp đỡ tôi trong quá
trình học tập và nghiên cứu.
-
Các anh em công nhân Xưởng Cơ Điện tử đã cùng tôi chế tạo hoàn chỉnh máy
nghiên cứu.
v
TÓM TẮT
Đề tài :
Nghiên cứu một số thông số ảnh hưởng đến chất lượng làm việc
của máy tung bã bùn mía trong canh tác mía
tại Tây Ninh
Luận văn được tiến hành tại Bộ môn Công thôn thuộc Khoa Cơ khí – Công
nghệ, Trường Đại học Nông Lâm TP.Hồ Chí Minh từ tháng 5 năm 2007 đến tháng
10 năm 2008. Quá trình từ nghiên cứu đến khảo nghiệm chia làm 3 giai đoạn, bao
gồm các nội dung sau:
-
Giai đoạn 1: Nghiên cứu tổng quan về đối tượng được tung rải là bã bùn mía
và về các loại máy tung rải đã có.
-
Giai đoạn 2: Thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh một máy tung bã bùn mía làm
phương tiện nghiên cứu.
-
Giai đoạn 3: Tiến hành khảo nghiệm máy tại Bộ môn Công thôn thuộc Khoa
Cơ khí – Công nghệ Trường Đại học Nông Lâm TP.Hồ Chí Minh. Sau đó
tiến hành xử lý số liệu, xác định các thông số tối ưu cho máy.
Các thí nghiệm được bố trí theo kiểu ngẫu nhiên hoàn toàn. Một số thông số
tối ưu được xác định bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố.
Kết quả đạt được như sau:
-
Đã thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh một máy tung rải thích hợp cho việc tung rải
bã bùn mía dùng trong canh tác mía.
-
Kết quả thực nghiệm đa yếu tố đã tìm ra được mô hình toán thực nghiệm biểu
diễn sự phụ thuộc của chất lượng làm việc của máy (độ đồng đều), chi phí nhiên
liệu vận hành máy vào vận tốc xích tải cung cấp (lượng cấp liệu), tốc độ tiến của
liên hợp máy và số vòng quay của trục tung:
vi
Hàm biểu diễn sự phụ thuộc của chất lượng làm việc:
D = – 234,681 + 10646,5.vcc + 25,1348.vm + 1,84321.nt – 121,289.vcc.vm –
4,89333.vcc.nt – 203843.vcc2 – 1.8037.vm2 – 0,00683925.nt2
Hàm biểu diễn sự phụ thuộc của chi phí nhiên liệu:
F = – 30,629 + 254,453.vcc + 21,0992.vm + 0,0721154.nt – 2,03968. vm2
-
Đã xác định được các thông số làm việc tối ưu cho máy như sau:
Độ đồng đều đạt được sau khi tung rải là từ 80% trở lên và mức chi phí nhiên
liệu là 32,25 ml/50 m đường chạy (7,5 l/ha), ứng với vận tốc xích tải cung cấp là
vcc = 0,02242 m/s; tốc độ tiến của liên hợp máy là vm = 6,95 km/h và số vòng quay
của trục tung là nt = 125,63 v/ph.
vii
SUMMARY
Title: The Studying of some affecting parameters to the operation quality of
the sugarcane mud manure spreading machine serving to
the sugarcane plantation in Tay Ninh
The thesis was elaborated at the Department of Agricultural Engineering,
Faculty of Engineering, at Nong Lam University of Hochiminh City, from May
2007 to October 2008. The scientific works from studying process to testing can be
divided into three phases, with contents as described in the following:
-
Phase 1: General study of the sprayed material: the sugarcane manure, and
the existing spraying and spreading machines.
-
Phase 2: Design and fabrication of a sugarcane mud manure spreading
machine.
-
Phase 3: The machine testing at the Department of Agricultural Engineering,
Faculty of Engineering, Nong Lam University of Hochiminh City. After that
the data was treated, for optimum parameters definition for the machine
operation.
The tests are made along with the random principle. The optimum parameters
are defined through tests combining many elements in consideration.
The work results are summarized as follows:
-
A complete operational sugarcane manure spraying and spreading machine is
designed and manufactured, and is in well compliance with the spraying and
spreading of sugarcane manure during sugarcane growing season.
-
The combining multi factor tests had led to the forming of a formula to describe
the function of the quality of the machine work (the regularity), and the fuel
consummation during machine operation, to the speed of the conveying chain of the
viii
feeder (the feeding volume), to the speed of the combinat and to the working speed
of spreading rotor.
• The describing formula of the work quality function:
D = – 234,681 + 10646,5.vcc + 25,1348.vm + 1,84321.nt – 121,289.vcc.vm –
4,89333.vcc.nt – 203843.vcc2 – 1.8037.vm2 – 0,00683925.nt2
• The describing formula of the fuel consummation function:
F = – 30,629 + 254,453.vcc + 21,0992.vm + 0,0721154.nt – 2,03968. vm2
-
The optimum parameter is defined for machine operation are as follows:
The regularity can be attained after the spreading and spraying of 80 % of the
designed quantity and the fuel consummation is 7,5 l/ha in respect with the feeding
chain speed of 0,02242 m/s and the speed of the combinat 6,95 km/h and the working
speed of spreading rotor 125,63 rpm.
ix
MỤC LỤC
TRANG
Trang tựa
i
Trang chuẩn y
ii
LÝ LỊCH CÁ NHÂN
iii
LỜI CAM ĐOAN
iv
LỜI CẢM TẠ
v
TÓM TẮT
vi
MỤC LỤC
x
DANH SÁCH CÁC BẢNG
xiv
DANH SÁCH CÁC HÌNH
xv
DANH SÁCH CÁC PHỤ LỤC
xviii
1. MỞ ĐẦU
1
1.1. Đặt vấn đề
1
1.2. Mục tiêu
3
2. TỔNG QUAN
4
2.1. Đối tượng nghiên cứu
4
2.1.1. Hiện trạng sử dụng bã bùn mía
4
2.1.2. Một số tính chất cơ lý cơ bản của bã bùn mía
6
2.1.2.1. Hình dạng và kích cỡ của bã bùn mía
6
2.1.2.2. Thành phần hóa học của bã bùn mía
7
2.1.2.3. Độ ẩm và khối lượng riêng
8
2.1.2.4. Hệ số ma sát của bã bùn mía
8
2.1.3. Yêu cầu kỹ thuật nông học khi sử dụng bã bùn mía làm phân bón
9
2.1.4. Cấu tạo chung của máy bón phân hữu cơ
9
2.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
10
x
2.2.1. Một số máy bón phân hữu cơ trên thế giới
10
2.2.1.1. Máy bón phân Meyer
10
2.2.1.2. Máy bón phân JBS
14
2.2.1.3. Máy bón phân Ford
15
2.2.1.4. Máy bón phân РПТУ-2
17
2.2.2. Một số lý thuyết tính toán cơ bản máy bón phân hữu cơ
19
2.2.2.1. Lý thuyết tính toán cơ bản
19
2.2.2.2. Quá trình tung rải của trống tung
21
2.2.3. Chỉ tiêu đánh giá chất lượng làm việc của máy bón phân
22
2.2.4. Xác định các thông số nghiên cứu trên máy tung bã bùn mía
23
2.2.4.1. Thông số đánh giá đối tượng nghiên cứu
23
2.2.4.2. Thông số ảnh hưởng đến đối tượng nghiên cứu
23
2.2.4.3. Bài toán hộp đen
24
2.2.5. Tình hình nghiên cứu trong nước về máy tung rải bã bùn mía
2.3. Kết luận phần tổng quan
25
25
3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
27
3.1. Nội dung
27
3.2. Phương pháp nghiên cứu
27
3.2.1. Phương pháp tính toán thiết kế máy làm mô hình nghiên cứu thực nghiệm 28
3.2.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
29
3.2.2.1. Phương tiện dùng trong thực nghiệm
29
3.2.2.2. Phương pháp đo đạc thực nghiệm
30
3.2.2.3. Phương pháp xử lý số liệu
33
3.2.2.4. Phương pháp thực nghiệm thăm dò khảo sát bộ phận tung
34
3.2.2.5. Phương pháp thực nghiệm thăm dò các yếu tố ảnh hưởng
35
3.2.2.6. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố
36
4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
40
4.1. Cơ sở thiết kế máy tung bã bùn làm mô hình nghiên cứu thực nghiệm
4.1.1. Lựa chọn phương pháp tung rải thích hợp
xi
40
40
4.1.2. Lựa chọn phương pháp cung cấp thích hợp
41
4.1.3. Định hướng thiết kế
42
4.1.4. Chọn mô hình máy thiết kế
43
4.2. Kết quả tính toán thiết kế
45
4.2.1. Mục đích thiết kế
45
4.2.2. Xác định kích thước thùng chứa
45
4.2.3. Tính toán vận tốc xích tải cung cấp
46
4.2.4. Tính toán công suất dẫn động cho xích tải
46
4.2.5. Tính toán thiết kế bộ phận tung rải
48
4.2.5.1. Xác định các kích thước hình học và cách bố trí cánh trên trục
48
4.2.5.2. Tính toán vận tốc quay của trục tung
51
4.2.5.3. Xác định công suất cần thiết trên trục tung
52
4.2.5.4. Xác định vận tốc quay trục gạt và công suất cần thiết trên trục gạt
53
4.2.5.5. Tính toán công suất cần thiết trên trục trung tâm
54
4.2.6. Chọn nguồn động lực để thành lập liên hợp máy
54
4.2.6.1. Công suất để thắng lực cản kéo
54
4.2.6.2. Công suất để truyền động cho trục trung tâm
55
4.3. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm
56
4.3.1. Kết quả thí nghiệm thăm dò khảo sát dạng cánh và cách bố trí cánh
56
4.3.1.1. Điều kiện khảo sát
56
4.3.1.2. Kết quả khảo nghiệm và phân tích
56
4.3.2. Kết quả thí nghiệm thăm dò khảo sát góc nghiêng cánh tung
57
4.3.2.1. Điều kiện khảo sát
57
4.3.2.2. Kết quả khảo nghiệm và phân tích
57
4.3.3. Kết quả thí nghiệm thăm dò các yếu tố ảnh hưởng (đơn yếu tố)
57
4.3.3.1. Ảnh hưởng của vận tốc xích tải cung cấp
57
4.3.3.2. Ảnh hưởng của tốc độ tiến liên hợp máy (LHM)
58
4.3.3.3. Ảnh hưởng của số vòng quay trục tung
59
4.3.4. Kết quả thực nghiệm đa yếu tố
59
xii
4.3.4.1. Kết quả thí nghiệm và xử lý kết quả thực nghiệm mô hình bậc một
59
4.3.4.2. Kết quả thí nghiệm và xử lý kết quả thực nghiệm mô hình bậc hai
61
4.3.4.3. Phân tích kết quả thực nghiệm mô hình bậc hai
65
4.3.4.4. Tối ưu một mục tiêu
67
4.3.4.5. Tối ưu hai mục tiêu
69
5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
71
5.1. Kết luận
71
5.2. Đề nghị
72
TÀI LIỆU THAM KHẢO
73
xiii
DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG
TRANG
Bảng 2.1. Tỷ lệ kích cỡ bã bùn mía
6
Bảng 2.2. Thành phần hóa học của bã bùn mía
7
Bảng 3.1. Sơ đồ thí nghiệm khảo sát dạng cánh
34
Bảng 3.2. Sơ đồ thí nghiệm khảo sát góc nghiêng cánh tung
35
Bảng 3.3. Sơ đồ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của vận tốc xích cung cấp
35
Bảng 3.4. Sơ đồ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của tốc độ tiến LHM
36
Bảng 3.5. Sơ đồ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của số vòng quay trục tung
36
Bảng 3.6. Miền quy hoạch của các yếu tố đầu vào
36
Bảng 4.1. Ma trận kết quả thí nghiệm
60
xiv
DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH
TRANG
Hình 2.1.
Bã bùn mía được thải ra từ nhà máy đường
5
Hình 2.2.
Bã bùn được đổ đống gần nhà máy đường
5
Hình 2.3.
Bã bùn được vận chuyển ra ruộng mía chuẩn bị bón
5
Hình 2.4.
Bã bùn được đổ đống trên ruộng mía
5
Hình 2.5.
Bã bùn mía lúc sử dụng bón
7
Hình 2.6.
Dụng cụ xác định hệ số ma sát
8
Hình 2.7.
Sơ đồ cấu tạo máy tung với trục tung nằm ngang
10
Hình 2.8.
Sơ đồ cấu tạo máy tung với trục tung thẳng đứng
10
Hình 2.9.
Cấu tạo máy Meyer với 2 trục tung đứng, vít tải cung cấp
11
Hình 2.10.
Bộ phận cung cấp của máy Meyer
11
Hình 2.11.
Bộ phận cung cấp của máy Meyer
11
Hình 2.12.
Máy bón phân Meyer
11
Hình 2.13.
Sơ đồ mặt cắt thùng chứa
12
Hình 2.14.
Phân tích vận tốc
14
Hình 2.15.
Máy tung JBS
14
Hình 2.16.
Bộ phận cung cấp máy JBS
14
Hình 2.17.
Cấu tạo máy bón phân Ford
15
Hình 2.18.
Bộ phận cung cấp máy Ford
16
Hình 2.19.
Bộ phận tung máy Ford
16
Hình 2.20.
Cấu tạo máy bón phân РПТУ-2
17
Hình 2.21.
Bộ phận cung cấp của РПТУ-2
18
Hình 2.22.
Bộ phận tung của РПТУ-2
18
Hình 2.23.
Sơ đồ chung của một máy bón phân hữu cơ
19
Hình 2.24.
Sơ đồ lực tác dụng
21
xv
Hình 2.25.
Xác định thành phần vận tốc theo dọc trục
22
Hình 2.26.
Sơ đồ bài toán hộp đen mô tả mô hình nghiên cứu
24
Hình 3.1.
Sơ đồ khối tính toán thiết kế máy
28
Hình 3.2.
Sơ đồ đường chạy và vị trí lấy mẫu
31
Hình 3.3.
Sơ đồ lắp đặt dụng cụ đo nhiên liệu trên máy kéo
32
Hình 4.1.
Sơ đồ cấu tạo máy thiết kế
42
Hình 4.2.
Sơ đồ tính toán xích tải cung cấp
46
Hình 4.3.
Sơ đồ bố trí cánh gạt
49
Hình 4.4.
Sơ đồ bố trí các cánh tung trên cùng một bước
50
Hình 4.5.
Sơ đồ bố trí các cánh tung khi phối hợp
50
Hình 4.6.
Sơ đồ bố trí cánh tung
51
Hình 4.7.
Sơ đồ lực tác dụng lên cánh tung bản
51
Hình 4.8.
Đồ thị quan hệ dạng cánh – độ đồng đều
56
Hình 4.9.
Đồ thị quan hệ góc nghiêng cánh – độ đồng đều
57
Hình 4.10.
Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của vận tốc xích cung cấp
đến độ đồng đều và chi phí nhiên liệu
Hình 4.11.
Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tốc độ tiến LHM
đến độ đồng đều và chi phí nhiên liệu
Hình 4.12.
58
58
Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của số vòng quay trục tung
đến độ đồng đều và chi phí nhiên liệu
59
Hình 4.13.
Đồ thị quan hệ Y1 = f(X1,X2) ứng X3 = 0 tại mức cơ sở
63
Hình 4.14.
Đồ thị quan hệ Y1 = g(X1,X3) ứng X2 = 0 tại mức cơ sở
63
Hình 4.15.
Đồ thị quan hệ Y1 = h(X2,X3) ứng X1 = 0 tại mức cơ sở
63
Hình 4.16.
Đồ thị quan hệ Y2 = k(X1,X2) ứng X3 = 0 tại mức cơ sở
64
Hình 4.17.
Đồ thị quan hệ Y2 = l(X1,X3) ứng X2 = 0 tại mức cơ sở
64
Hình 4.18.
Đồ thị quan hệ Y2 = m(X2,X3) ứng X1 = 0 tại mức cơ sở
64
Hình 4.19.
Đồ thị so sánh các điểm thực nghiệm với mô hình dự đoán (Y1)
65
Hình 4.20.
Đồ thị phân bố số dư theo dự đoán và thí nghiệm (Y1)
65
Hình 4.21.
Đồ thị xác suất chuẩn của số dư hàm Y1
66
xvi
Hình 4.22.
Đồ thị so sánh các điểm thực nghiệm với mô hình dự đoán (Y2)
66
Hình 4.23.
Đồ thị phân bố số dư theo dự đoán và thí nghiệm (Y2)
67
Hình 4.24. Đồ thị xác suất chuẩn của số dư hàm Y2
xvii
67
DANH SÁCH CÁC PHỤ LỤC
PHỤ LỤC
TRANG
Phụ lục 1:
Thí nghiệm khảo sát các dạng cánh
75
Phụ lục 2:
Thí nghiệm khảo sát góc nghiêng cánh tung
76
Phụ lục 3:
Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc xích cung cấp
đến độ đồng đều và chi phí nhiên liệu
Phụ lục 4:
Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ tiến liên hợp máy (LHM)
đến độ đồng đều và chi phí nhiên liệu
Phụ lục 5:
77
80
Nghiên cứu ảnh hưởng của số vòng quay trục tung
đến độ đồng đều và chi phí nhiên liệu
83
Phụ lục 6:
Kết quả xử lý số liệu theo phương án bậc 1
86
Phụ lục 7:
Kết quả xử lý số liệu theo phương án bậc 2
87
Phụ lục 8:
Kết quả bài toán tối ưu
89
Phụ lục 9:
Sơ đồ truyền động máy thiết kế
92
Phụ lục 10: Bảng quan hệ mức bón – vị trí điều chỉnh xích tải cung cấp
93
Phụ lục 11: Kết quả khảo nghiệm khả năng làm tơi vỡ của các dạng cánh
94
Phụ lục 12: Kết quả đo công suất trục PTO của máy kéo MTZ-50 thí nghiệm
94
Phụ lục 13: Bản vẽ chung máy tung bã bùn mía MTU-1
95
Phụ lục 14: Cơ cấu truyền động xích tải
96
Phụ lục 15: Trục gạt có cánh dạng vis máy FORD
97
Phụ lục 16: Trục tung có cánh dạng vis máy FORD
98
Phụ lục 17: Trục gạt có cánh dạng bản máy РПТУ-2
99
Phụ lục 18: Trục tung có cánh dạng bản máy РПТУ-2
100
Phụ lục 19: Trục gạt có cánh dạng bản máy MTU-1
101
Phụ lục 20: Trục tung có cánh dạng bản máy MTU-1
102
Phụ lục 21: Sơ đồ phương án làm việc của liên hợp máy
103
xviii
Phụ lục 22: Bảng số liệu đo độ ẩm bã bùn mía
104
Phụ lục 23: Bảng số liệu đo khối lượng riêng của bã bùn mía
105
Phụ lục 24: Bảng số liệu đo hệ số ma sát của bã bùn mía với bề mặt thép
106
Phụ lục 25: Phiếu thu thập số liệu của một thí nghiệm tiêu biểu
107
Phụ lục 26: Bảng tính toán độ đồng đều của một thí nghiệm tiêu biểu
108
Phụ lục 27: Một số hình ảnh thực hiện luận văn
109
xix
Chương 1
1. MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Chương trình quốc gia trọng điểm mía đường đã được Bộ Nông nghiệp và
Phát triển nông thôn triển khai thực hiện từ năm 1996. Từ đó ngành mía đường đã
phát triển một cách nhanh chóng. Đến nay cả nước có 44 nhà máy sản xuất đường
tiêu thụ khoảng 80 nghìn tấn mía/ngày. Để sản xuất đường, hàng năm Việt Nam đã
phải trồng từ 10 đến 12 triệu tấn mía cây trên diện tích canh tác từ 250 đến 300
nghìn ha, chủ yếu là đất bạc màu hay vùng bị nhiễm phèn cho năng suất thấp. Vì
vậy, để trồng 250 nghìn ha mía, ngoài phân hóa học (N-P-K) người ta phải bón
thêm tối thiểu 4 – 5 tấn phân chuồng hay phân xanh cho 1 ha, tức phải có 1 triệu
tấn phân hữu cơ này cho 250 nghìn ha.
Việc bón phân chuồng hay phân xanh từ lâu đã được người nông dân tiến
hành, nhưng chỉ trên diện tích nhỏ qui mô gia đình. Đối với qui mô lớn hơn như
trang trại trồng mía thì nguồn phân hữu cơ cần cung cấp sẽ rất lớn. Trong khi đó,
các vùng nguyên liệu mía cung cấp cho các nhà máy sản xuất đường thường tập
trung ở khu vực xung quanh nhà máy. Hơn nữa, việc chế biến 10 triệu tấn mía
sinh ra một lượng chất thải rất lớn: gần 3 triệu tấn bã mía, 400 nghìn tấn bã bùn
và 500 nghìn tấn mật rỉ. Lượng bã mía được sử dụng 80% để đốt lò hơi phục vụ
trong công nghệ chế biến đường, sinh ra 30 nghìn tấn tro, 20% còn lại dùng làm
ván ép. Mật rỉ dùng để sản xuất cồn, mỳ chính hoặc chế biến thành thức ăn chăn
nuôi. Riêng bã bùn và tro không sử dụng được, các nhà máy phải đổ ra các bãi
đất trống. Trước thực tế bức xúc nói trên, người nông dân đã thử tận dụng bón
cho cây mía lượng chất thải này, chủ yếu là bã bùn đã hoai và cho kết quả rất khả
quan, năng suất mía tăng khoảng 30%. Các nhà khoa học bắt tay vào việc, đã
1
phân tích rằng trong thành phần bã bùn có chứa nhiều chất dinh dưỡng cần cho
cây mía phát triển và tăng năng suất, hơn nữa, bã bùn còn làm đất tơi xốp, thông
thoáng, giữ ẩm tốt, giúp cho cây hấp thụ dinh dưỡng trong đất tốt hơn.
Hiện nay, bã bùn mía đã được sử dụng làm phân bón rộng rãi, đặc biệt phổ
biến ở các nông trại trồng mía nguyên liệu cho nhà máy với diện tích canh tác lớn.
Trong quy trình canh tác mía, bã bùn được sử dụng để bón lót trước khi làm đất đối
với mía trồng mới, tùy theo đất và khả năng đầu tư mà người ta bón với liều lượng
khác nhau, nhưng nhìn chung là bón với lượng rất lớn: 5 - 30 T/ha.
Thực tế sản xuất mía ở Tây Ninh cho thấy phương pháp bón hiện đang được
sử dụng có thể phân ra như sau:
-
Theo qui mô gia đình, diện tích nhỏ:
Người nông dân đổ từng bao bã bùn trên đồng sau đó dùng công cụ thủ công để
cào bằng; cũng có khi dùng tay để tung rải.
-
Theo qui mô trang trại, sử dụng 2 cách:
Sử dụng máy kéo mang rơ-moóc chở bã bùn, trên có người dùng công cụ thủ
công (xẻng xúc) để tung hất; hoặc đổ đống trên đồng sau đó dùng công cụ thủ
công (cuốc) để cào bằng. Cách dùng này cho diện tích nhỏ.
Sử dụng máy kéo mang rơ-moóc chở bã bùn đổ đống trên đồng, sau đó dùng
máy kéo có lắp bộ phận san bằng (hình phụ lục 27.1) hoặc dùng xe xúc hay
phương tiện sẵn có cải tiến lại để trang đều. Cách dùng này sử dụng cho diện
tích lớn hơn, áp dụng ở các nông trường của Nhà máy đường Nước Trong,
Nhà máy đường Biên Hòa -Tây Ninh, Nhà máy đường Bourbon -Tây Ninh.
Các cách làm trên có nhược điểm là vừa nặng nhọc, vừa không hiệu quả khi
vẫn sử dụng nguồn động lực, nhưng lượng phân tung ra không thể rải đều, hơn nữa
việc di chuyển các phương tiện làm việc nhiều trên mặt đồng (để trang đều) sẽ gây
ra hiện tượng nén đất; mặt khác, trong nông nghiệp tính thời vụ rất quan trọng trong
khi cách làm trên lại khó đáp ứng được.
Trước tình hình trên, để ổn định và phát triển sản xuất mía. Thực tế sản xuất
đòi hỏi cần phải có một loại máy tung rải bã bùn mía chuyên dùng. Tuy nhiên, việc
2
nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến máy tung bã bùn mía cũng như chế độ làm
việc tốt nhất của máy là chưa có.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế cấp thiết trên, dưới sự hướng dẫn của Thầy
PGS.TS Nguyễn Hay, đề tài sau được hiện:
Nghiên cứu một số thông số ảnh hưởng đến chất lượng làm việc của máy
tung bã bùn mía trong canh tác mía tại Tây Ninh.
1.2. Mục tiêu
Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc xích tải cung cấp, tốc độ tiến liên hợp
máy và số vòng quay trục tung đến chất lượng làm việc của máy tung bã bùn mía là
độ đồng đều sau khi tung rải và chi phí nhiên liệu; trên cơ sở đó đề xuất chế độ làm
việc tối ưu cho máy hoặc làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo.
Để đạt được mục tiêu đã nêu, luận văn tập trung giải quyết các nội dung sau:
-
Điều tra khảo sát về tình hình sử dụng bã bùn mía và nhu cầu sử dụng của
sản xuất để nhận định được tính cấp thiết của đề tài.
-
Xác định các tính chất cơ lý hóa cơ bản của bã bùn mía có ảnh hưởng đến
việc lựa chọn phương pháp tung rải và tính toán thiết kế máy.
-
Nghiên cứu tổng quan về các loại máy tung phân hữu cơ phổ biến, để từ đó
lựa chọn, đề xuất mô hình nguyên lý máy sẽ chế tạo phục vụ nghiên cứu.
-
Tiến hành chế tạo hoàn chỉnh một máy tung rải bã bùn mía để làm phương
tiện nghiên cứu.
-
Nghiên cứu thực nghiệm để lập mô hình thống kê biểu diễn mối quan hệ giữa
các yếu tố Xi và Yi. Trong đó, Xi là các thông số vào bao gồm: vận tốc xích
tải cung cấp, tốc độ tiến liên hợp máy và số vòng quay trục tung; Yi là các
thông số ra: độ đồng đều sau khi tung rải và chi phí nhiên liệu.
-
Qua kết quả thí nghiệm và xử lý số liệu, xác định chế độ làm việc tối ưu cho
máy ứng với vận tốc xích tải cung cấp, tốc độ tiến liên hợp máy và số vòng
quay trục tung để đạt được độ đồng đều cao nhất sau khi tung rải và chi phí
nhiên liệu thấp nhất.
3
Chương 2
2. TỔNG QUAN
2.1. Đối tượng nghiên cứu
2.1.1. Hiện trạng sử dụng bã bùn mía
Trong canh tác cây mía, phân bón cho mía gồm cả phân hữu cơ, vô cơ, vi
sinh và vi lượng. Trong đó, phân hữu cơ là rất quan trọng vì vừa có tác dụng cung
cấp chất dinh dưỡng cho cây, vừa cải thiện đặc tính vật lý của đất, làm cho đất tơi
xốp, thông thoáng, giữ ẩm tốt, giúp cho cây hấp thụ chất dinh dưỡng trong đất tốt
hơn, cho năng suất cao hơn. Do vậy cần phải bón đủ phân hữu cơ, nhất là ở các
vùng đất nghèo chất hữu cơ như đất cát, đất đồi trung du và đất xám Đông Nam bộ.
Ở các vùng đất này, nếu có bón nhiều phân khoáng mà thiếu phân hữu cơ năng suất
mía cũng không cao, bón nhiều đạm còn làm giảm hàm lượng đường (Nguyễn
Mạnh Chinh và ctv, 2007).
Trước đây, lượng phế thải từ các nhà máy sản xuất đường ở Việt Nam là bã
bùn và tro đốt lò không được quan tâm đúng mức, thậm chí đó nó còn vấn nạn ô
nhiễm môi trường cho các khu vực xung quanh nhà máy khi phải đổ bỏ ra các bãi
đất trống. Những năm gần đây người ta đã biết tận dụng lượng phế thải này làm
nguồn phân bón hữu cơ cho chính cây mía.
Bã bùn mía được sử dụng để bón lót khi trồng mía tơ bằng cách rải đều lên
mặt ruộng trước khi bừa lần cuối với lượng 10 – 20 T/ha, có tác dụng tăng năng suất
mía trên 30 % (Trần Thùy, 1999).
Số liệu thống kê năm 2007 của Tổng cục Thống kê cho thấy Tây Ninh là tỉnh
đứng đầu cả nước về diện tích trồng mía với 31,3 nghìn ha, cho sản lượng 2 triệu
tấn mía hàng năm.
4
Trên địa bàn tỉnh hiện có ba nhà máy sản xuất đường với tổng năng suất gần
10 nghìn tấn mía cây/ngày, mỗi năm thải ra khoảng 60 nghìn tấn bã bùn tươi. Đây
là một lượng phân bón hữu cơ rất lớn. Hiện các nhà máy sử dụng lượng phân bón
này cho các nông trại của nhà máy, một lượng ít bán cho nông dân có nhu cầu. Bã
bùn thường được sử dụng để bón khi ẩm độ còn khoảng 40 % với mức bón 20 T/ha.
Các nông trại với lợi thế là có sẵn nguồn phân hữu cơ dồi dào được cung cấp từ nhà
máy, tuy nhiên, hiện các nông trại vẫn còn đang sử dụng các phương tiện bón phân
mang tính chất nhất thời, chỉ sử dụng thiết bị sẵn có không chuyên dùng như đã nêu
ở mục 1.1.
Quy trình sử dụng bã bùn mía của Nhà máy đường Bourbon - Tây Ninh:
Hình 2.1. Bã bùn mía được thải ra từ
Hình 2.2. Bã bùn được đổ đống gần nhà
nhà máy đường
máy đường
Hình 2.3. Bã bùn được vận chuyển ra
Hình 2.4. Bã bùn được đổ đống trên
ruộng mía chuẩn bị bón
ruộng mía
Đây cũng là quy trình sử dụng bã bùn để bón lót cho mía của các nhà máy
đường khác trên địa bàn tỉnh Tây Ninh như Nhà máy đường Nước Trong, Nhà máy
đường Biên Hòa - Tây Ninh.
5
Trước thực tế trên, để ổn định và phát triển sản xuất mía, các nông trại cần
phải có một loại máy bón phân bã bùn mía chuyên dùng. Do vậy, việc nghiên cứu
để đưa ra một dạng máy tung rải bã bùn mía thích hợp là rất cần thiết.
Ngày nay trên thế giới, xu hướng xây dựng và phát triển nông nghiệp hữu cơ
ngày càng được chú trọng. Theo đó, nông nghiệp hữu cơ là nền nông nghiệp tránh
hoặc hạn chế sử dụng thuốc trừ sâu và phân bón hóa học, thay thế vào đó là việc sử
dụng các chất có nguồn gốc hữu cơ, các tác nhân sinh học nhằm nâng cao hiệu quả
kinh tế và bảo vệ môi trường (Altieri, 1995, trích dẫn bởi Trần Danh Thìn và ctv,
2008). Như vậy nông nghiệp hữu cơ là một nội dung quan trọng trong phát triển
nông nghiệp bền vững và góp phần tích cực vào việc đảm bảo tính bền vững trong
phát triển nông nghiệp. Do đó, việc sử dụng bã bùn mía làm phân hữu cơ là một
cách làm thích hợp và có chiều hướng tích cực.
2.1.2. Một số tính chất cơ lý cơ bản của bã bùn mía
Bã bùn mía là đối tượng mà máy nghiên cứu tác động đến, vì vậy cần nghiên
cứu các tính chất cơ lý của nó có ảnh hưởng đến sự làm việc của máy, đó là: thành
phần hóa học, độ ẩm, khối lượng riêng, hệ số ma sát, và hình dạng, kích cỡ của bã
bùn mía.
2.1.2.1. Hình dạng và kích cỡ của bã bùn mía
Hình dạng, kích cỡ bã bùn mía là một thông số quan trọng trong việc lựa
chọn phương pháp tung rải, chọn loại cánh tung. Vấn đề này được trình bày cụ thể ở
mục 4.1.1. Bã bùn mía là dạng vật liệu rời, nhưng có khả năng kết dính và đóng
cục. Dùng phương pháp rây để xác định kích cỡ và tỷ lệ viên bã bùn mía (lúc sử
dụng cho bón). Kết quả được trình bày trên bảng 2.1.
Bảng 2.1. Tỷ lệ kích cỡ bã bùn mía.
Kích cỡ (cm)
Tỷ lệ (%)
d<3
74,8
3≤ d<5
12,2
d≥ 5
13
6
