Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu tính toán, thiết kế hoàn thiện máy bón phân viên nén lấp sâu tương thích với máy sạ hàng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
---------------------

PHẠM NGỌC TUẤN

NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỒN THIỆN MÁY BĨN
PHÂN VIÊN NÉN LẤP SÂU TƯƠNG THÍCH VỚI MÁY SẠ HÀNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2011


i
LỜI NÓI ĐẦU
Việt nam đang bước trên con đường đẩy mạnh cơng nghiệp hóa, hiện đại
hóa đất nước. Phấn đấu đưa nước ta cơ bản trở thành một nước công nghiệp
hóa theo hướng hiện đại vào năm 2020. Sau nhiều năm đổi mới đất nước ta đã
không ngừng phát triển và dần dần thốt khỏi tình trạng đói nghèo. Các mặt
hàng công nghiệp nước nhà dần dần đứng vững trên thị trường. Các mặt hàng
ngày càng đa dạng và phong phú với công nghệ gia công khác nhau.
Với nhiệm vụ ḷn văn tốt nghiệp“Nghiên cứu tính tốn, thiết kế hồn

thiện máy bón phân viên nén lấp sâu tương thích với máy sạ hàng”.
. Trong q trình tính tốn, thiết kế, em sẽ khơng tránh khỏi những sai sót
do kiến thức còn hạn chế, em mong nhận được sự giúp đỡ chỉ bảo của các thầy
trong hội đồ ng.

Qua đây chúng em xin chân thành gửi lời cám ơn tới Nhà trường các thầy
đã giúp đỡ chúng em trong quá trình làm tốt nghiệp. Cuối cùng em xin kính chúc
các thầy và gia đình ln ln mạnh khỏe, hạnh phúc.

Học viên

Phạm Ngọc Tuấn


ii
MỤC LỤC
Lời nói đầu ........................................................................................................i
Mục lục ............................................................................................................ ii
Danh mục các hình .........................................................................................iv
Mở đầu ............................................................................................................. 1
Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật và hiện trạng cơ giới hố bón phân
viên nén lấp sâu ............................................................................................... 5
1.1.Trên thế giới ................................................................................................ 5
1.2.Trong nước ................................................................................................11
Chương 2: Mục tiêu, đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu........ 17
2.1. Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................17
2.2. Đối tượng nghiên cứu...............................................................................17
2.3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................17
2.4. Phương pháp nghiên cứu ..........................................................................17
Chương 3: Tính tốn thiết kế hồn thiện máy bón phân viên nén lấp sâu
tương thích với máy sạ hàng lúa ..................................................................23
3.1. Yêu cầu kỹ thuật của khâu bón phân viên nén kết hợp sạ hàng ..............23
3.2. Thử nghiệm máy và xác định các nội dung hoàn thiện ...........................24
3.3. Thiết kế hồn thiện các bộ phận làm việc chính của máy bón phân ...............26
3.3.1. Một số thơng số của viên phân và ruộng lúa..................................26

3.3.2. Thiết kế hoàn thiện bộ phận cung cấp (trống bón) của máy bón
phân ........................................................................................................27
3.3.2.1. Chọn lựa nguyên lý làm việc ................................................... 27
3.3.2.2. Chọn lựa vật liệu chế tạo ......................................................... 32
3.3.2.3. Xác định một số thông số của bộ phận cung cấp .................... 32
3.3.3. Bộ phận rạch và vùi lấp viên phân .................................................42
3.3.3.1. Lưỡi rạch thẳng ........................................................................ 43
3.3.3.2. Bánh đè viên phân.................................................................... 44
3.3.3.3. Bộ phận vùi lấp viên phân kiểu dìm miết. ............................... 45
3.3.3.4. Bộ phận vùi lấp kiểu lưỡi rạch nghiêng ................................... 46
3.3.4. Các bộ phận khác ...........................................................................48


iii
3.3.5. Thiết kế kết cấu máy bón phân viên cho lúa ..................................48
3.3.5.1. Kết cấu một nhánh bón ............................................................ 48
3.3.5.2. Thiết kế máy bón phân ............................................................ 49
3.4. Thiết kế liên hợp máy...............................................................................49
3.4.1. Giới thiệu về máy sạ hàng lúa ........................................................49
3.4.2. Máy bón phân viên nén lấp sâu ......................................................51
3.4.3. Tổ chức sử dụng hai máy độc lập ..................................................51
3.4.4. Thiết kế máy liên hợp hai chức năng .............................................52
3.4.4.1. Phương án 1: Phần sạ có 2 bánh xe, phần bón ghép vào phần sạ
(hình 3.29). ............................................................................................ 53
3.4.4.2. Phương án 2: Phần bón có 2 bánh xe, phần sạ ghép vào phần bón54
3.4.4.3. Phương án 3: Ghép cả trống bón và trống sạ trên cùng một trục. . 55
Chương 4: Phương pháp thử nghiệm máy .................................................58
4.1. Thử nghiệm máy ......................................................................................58
4.2. Kết quả thử nghiệm ..................................................................................59
4.2.1. Thử nghiệm trên nền cứng (độ trượt  = 0): ..................................60

4.2.2. Thử nghiệm máy và xác định các nội dung hoàn thiện .................62
Kết luận và kiến nghị ....................................................................................65
1. Kết luận .......................................................................................................65
2. Kiến nghị .....................................................................................................65
Tài liệu tham khảo
Phụ lục


iv

DANH MỤC CÁC HÌNH
TT

Tên Hình

Trang

1

Hình 1.1. Máy ép viên kiểu trống quay và viên phân hinh quả bàng

06

2

Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý làm việc của các máy ép viên kiểu
bánh ép.

07

3

Hình 1.3. Viên phân dạng “quả bàng” do máy ép tạo ra

07

4

Hình 1.4. Sơ đồ ngun lý máy bón phân kiểu píttơng.

08

5

Hình 1-5. Máy bón phân viên nén có bộ phận cung cấp kiểu đĩa.

09

6

Hình 1.6.Bản đồ các địa phương đã áp dụng phân viên nén
lấp sâu (2007

12

7

Hình 1.7. Một sơ máy và cơng cụ bón phân viên nén lấp sâu.

13

8

Hình 1.8. Mẫu máy bón phân viên nén lấp sâu kiểu trống quay.

14

9

Hình 1.9.Máy ép viên phân thế hệ mới

15

10

Hình 1.10. Máy bón phân viên nén và máy sạ hàng liên hợp làm
việc trên đồng ruộng.

16

11

Hình 2.1. Hình dạng viên phân nén

18

12

Hình 2.2. Xác định các kích thước của viên phân.

18

13

Hình 2.3. Sơ đồ xác định góc đổ tự nhiên của khối viên phân

19

14

Hình 2.4. Sơ đồ xác định góc ma sát của viên phân với các vật liệu.

20

15

Hình 3.1. Sơ đồ bón phân viên nén cho ruộng sạ hàng

23

16

Hình 3.2. Máy bón phân viên nén lấp sâu 4 hàng.

24

17

Hình 3.3. Cấu tạo bộ phận cấp liệu

25

18

Hình 3.3. Hình dáng và kích thước của viên phân ép thế hệ mới

26

19

Hình 3.4. Bộ phận gieo chân khơng

28

20

Hình 3.5.Bộ phận gieo hạt kiểu đĩa trên máy gieo

28

21

Hình 3.6. Bộ phận gieo kiểu thìa múc (a) và kiểu hốc chứa (b)

29

22

Hình 3.7. Cấu tạo bộ phận cấp liệu kiểu trống quay

30

23

Hình 3.8. Bộ phận cung cấp viên phân (trạng thái làm việc).

31

24

Hình 3.9. Các kích thước chính của trống cung cấp

33

25

Hình 3.10. Kiểm tra thể tích trống trên phẩn mềm inventor.

35


v

26

Hình 3.11. Các phương án thử nghiệm số lượng và cách bố trí
gân dẫn hướng

37

27

Hình 3.12.. Sơ đồ xác định vị trí cửa ra phân

38

28

Hình 3.13. Cơ sở chọn kích thước hốc chứa phân.

41

29

Hình 3.14. Tấm che mềm và vị trí đặt trên trống bón.

41

30

Hình 3.15. Thử nghiệm bộ phận cung cấp

42

31

Hình 3.16. Cụm lưỡi rạch thẳng

43

32

Hình 3.17. Cụm bánh đè

44

33

Hình: 3.18: Bộ phận vùi lấp viên phân kiểu dìm miết.

45

34

Hình 3.19. Lưỡi rạch nghiêng

47

35

Hình 3.20. Cấu tạo nhánh bón và phương án lắp ghép trên máy.

48

36

Hình 3.21. Máy bón phân viên nén lấp sâu 4 nhánh bón

49

37

Hình 3.22. Máy sạ hàng 4 trống

50

38

Hình 3.23. Các kích thước chính của máy sạ hàng 4 trống.

50

39

Hình 3.24. Các kích thước chính của máy bón phân viên nén
lấp sâu 4 hàng.

51

40

Hình 3.25. Bố trí kết hợp hai máy độc lập

52

41

Hình 3.26. Máy liên hợp phương án 1.

53

42

Hình 3.27. Máy liên hợp phương án 2

54

43

Hình 3.28. Sơ đồ ghép đồng trục bộ phận bón và sạ hàng

55

44

Hình 3.29. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc máy liên hợp
phương án 3

56

45

Hình 4-1: Tổng thể máy bón phân viên nén cho lúa sạ hàng

58

46

Hình 4 -2. Bộ phận cung cấp viên phân kiểu trống quay.

60

47

Hình 4-3: Máy chuẩn bị thử nghiệm trên nền cứng

60

48

Hình 4-4. Cấu tạo bộ phận cấp liệu

63


1
MỞ ĐẦU
Để cây trồng sinh trưởng và phát triển tốt, cho năng suất cao, trong quá
trình canh tác cần phải bón phân. Đối với hầu hết các loại cây trồng, phương
pháp bón phân truyền thống là bón vãi tồn bề mặt chia làm nhiều giai đoạn
tương ứng với các giai đoạn sinh trưởng phát triển của cây trồng. Với cây lúa
các giai đoạn thường là bón lót, bón thúc, bón đón địng, bón ni hạt.
Tuy các lần bón của phương pháp bón phân truyền thống khá thích hợp
với chu kỳ sinh trưởng, phát triển của cây lúa và đã đem lại hiệu quả kinh tế
nhất định nhưng nó lại chứa đựng những khuyết điểm lớn. Trong cả bốn lần
bón chính cho lúa của phương pháp bón truyền thống là đều bón theo kiểu
tung rải trên mặt ruộng canh tác nên chất dinh dưỡng chỉ tồn tại trong nước
tưới và một phần được hấp thụ vào lớp đất mặt ruộng. Qua các kết quả nghiên
cứu thì những biện pháp sử dụng phân bón và cách bón phân truyền thống hiệu
suất sử dụng phân thấp là do việc mất phân (chủ yếu là đạm) qua các con đường:

1- Do bốc hơi tự do dưới dạng NH3
2- Do rửa trơi theo dịng nước
3- Do rửa trôi theo chiều sâu, nhất là dạng nitơrat (NO3)
4- Bay hơi dưới dạng N2 do hiện tượng phản nitơrat hoá
5- Do sự tranh chấp dinh dưỡng của cỏ dại mọc trên lớp đất mặt
6- Không được hấp phụ trong keo đất.
Ngoài hiệu suất sử dụng thấp, phương pháp bón vãi truyền thống cịn
gây tác hại đến mơi trường.
Trên thế giới, phương pháp bón phân lấp sâu trong đất đã được nghiên
cứu và áp dụng từ những năm 1930. Trong những năm 70 của thế kỷ XX,
Việt Nam cũng đã áp dụng phương pháp này để bón cho lúa nhưng chưa được
áp dụng phổ biến vì tốn nhiều lao động thủ công, hiệu quả không cao


2
(Nguyễn Tất Cảnh, 2006). Theo phương pháp này viên phân gồm đạm, lân,
kali và chất phụ gia được ép chặt lại thành viên và được vùi sâu trong đất ở độ
sâu và tọa độ thích hợp. Các chất dinh dưỡng trong viên phân sẽ tan dần trong
đất, đảm bảo cung cấp đủ dinh dưỡng cho cây trong suốt quá trình sinh trưởng
phát triển của cây từ khi gieo cấy đến khi thu hoạch.
Bón phân lấp sâu theo điểm ở dạng viên là một phương pháp bón phân
mang lại hiệu quả sử dụng phân bón cao. Những ưu điểm của bón phân viên
nén lấp sâu so với bón vãi truyền thống thể hiện qua các mặt sau:
1- Tiết kiệm phân đạm so với cách bón vãi thơng thường.
2- Chỉ bón một lần cho cả vụ, đơn giản, dễ làm, tốn ít cơng lao động.
3- Bón phân viên nén lấp sâu khơng phụ thuộc vào thời tiết, đảm bảo
cho việc bón đúng lúc.
4- Bón phân viên nén lấp sâu cịn cho phép cân đối được những lượng
nhất định với tỷ lệ nhất định giữa các chất, phù hợp với nhu cầu sinh trưởng
của từng loại cây.

5- Giảm sâu bệnh và cỏ dại, hạn chế phun thuốc bảo vệ thực vật, tiết
kiệm chi phí, an tồn cho người lao động, giảm tác hại đến môi trường sống.
6- Tăng năng suất cây trồng so với bón phân vãi.
7- Hạ giá thành nơng sản phẩm.
8- Tăng thu nhập, cải thiện đời sống, điều kiện làm việc và góp phần
từng bước đổi mới bộ mặt nơng thơn.
Phương pháp bón phân viên nén lấp sâu đã được nhiều tổ chức quốc tế
đề nghị áp dụng trên diện rộng, đã được nông dân ở các nước Nam và Đông
Nam châu Á chấp nhận. Tuy nhiên mức độ phổ biến chưa rộng chủ yếu do
chưa có máy bón phân nén lấp sâu, việc bón phân phải làm bằng tay, nặng
nhọc và gây căng thẳng nhân lực do việc bón phải thực hiện ngay từ đầu vụ.


3
Các kết quả nghiên cứu cũng cho thấy, về mặt thời điểm bón, việc bón
phân viên nén lấp sâu có thể được thực hiện ngay trước, trong hoặc sau khi
cấy (hoặc sạ) không quá một tuần lễ. Tuy nhiên, theo các kết quả nghiên cứu,
thuận lợi nhất là kết hợp bón phân và sạ (cấy) theo khóm hoặc theo hàng đồng
thời sau khi làm đất 1 đến 2 ngày. Khi này, viên phân được vùi lấp tốt và đưa
xuống mặt ruộng theo đúng tọa độ và độ sâu, cách đều các khóm lúa hoặc cây
lúa trong hàng.
Trong canh tác cây lúa nước, do tập quán và điều kiện khí hậu thời tiết
từng vùng phương pháp cấy lúa được áp dụng phổ biến ở miền Bắc, sạ (gieo)
lúa được áp dụng phổ biến ở các tỉnh phía Nam. Việc sạ lúa có thể được thực
hiện dưới các hình thức là sạ lan (gieo toàn bề mặt) và sạ hàng (gieo theo
hàng) và sạ theo khóm. Hiện nay phương pháp sạ hàng được áp dụng phổ
biến do có nhiều ưu điểm so với sạ lan và do có cơng cụ (máy sạ hàng) phù
hợp. Những năm gần đây việc sạ hàng cũng được áp dụng phổ biến tại các
tỉnh phía Nam và phía Bắc. Như vậy trong tương lai gần việc gieo (sạ) lúa
theo hàng sẽ là phương thức chủ yếu trong trồng cấy lúa ở nước ta.

Từ các phân tích trên, có thể thấy việc nghiên cứu thiết kế máy bón
phân viên nén lấp sâu đáp ứng yêu cầu nông học đồng thời liên hợp tương
thích với máy sạ hàng là rất cần thiết, mở đường cho tiến bộ kỹ thuật bón
phân viên nén lấp sâu được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất.
Để giải quyết nhiệm vụ cơ giới hóa khâu ép viên và bón phân viên nén,
trên thế giới và trong nước đã sử dụng phổ biến máy ép viên kiểu bánh ép và
đã có nhiều loại máy bón phân viên nén lấp sâu được nghiên cứu thiết kế, chế
tạo. Tuy nhiên các máy bón phân viên đều tồn tại nhiều nhược điểm nên chưa
được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất. Nhược điểm lớn nhất của các máy này
là độ tin cậy làm việc chưa cao do thường có hiện tượng kẹt tắc tại các bộ
phận làm việc mà chủ yêu là tại bộ phận cung cấp của máy. Một hướng


4
nghiên cứu có tính khả thi cao, do Viện Phát triển Công nghệ Cơ Điện, trường
Đại học Nông nghiệp Hà Nội đề xuất, là nghiên cứu thiết kế lại máy ép viên
để tạo ra viên phân có hình dạng hợp lý, thuận tiện cho sự làm việc của các
máy bón phân và thiết kế máy bón phân khai thác triệt để lợi thế của viên
phân mới. Hệ thống máy ép viên thế hệ mới và máy bón phân viên nén do
Viện chế tạo đã cơ bản đáp ứng được yêu cầu đặt ra, cho thấy giải pháp đã
chọn là có tính khả thi cao (Đỗ Hữu Quyết, 2008). Tuy nhiên mẫu máy vẫn
chưa được nghiên cứu thiết kế hoàn thiện nên còn những nhược điểm nhất
định. Đáp ứng yêu cầu này, với mục đích thiết kế lại để máy có kết cấu hợp lý
hơn, gọn nhẹ hơn và giá thành rẻ hơn, có thể thương mại hóa được, chúng tơi
tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu tính tốn, thiết kế hồn thiện máy
bón phân viên nén lấp sâu tương thích với máy sạ hàng”.


5

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT VÀ
HIỆN TRẠNG CƠ GIỚI HÓA BÓN PHÂN VIÊN NÉN LẤP SÂU
1.1. Trên thế giới
Phương pháp bón phân đạm sâu cho lúa được thực hiện ở Nhật bản từ
những năm 1930 và ở Ấn Độ từ những năm 1950. Sau đó, phương pháp này
đã được phát triển và ứng dụng ở nhiều vùng trồng lúa khác nhau trên thế
giới, trong đó có Xrilanca, Trung Quốc, Băng La Đet, Việt Nam,...
Về bản chất và kỹ thuật bón phân lấp sâu có thể chia làm 2 phương pháp:
- Phương pháp 1: Bón phân lấp sâu khơng theo điểm trong và ngay
sau khi làm đất. Thực chất đây là phương pháp bón tồn bề mặt. Viên phân có
kích thước nhỏ và được phân bố đều trên toàn bộ tầng đất canh tác.
- Phương pháp 2: Bón phân lấp sâu theo điểm ở dạng viên, viên phân
có kích thước lớn, được bón theo tọa độ và độ sâu thích hợp để cung cấp dinh
dưỡng cho một số khóm lúa lân cận viên phân.
Trong những năm gần đây, ngoài phân đạm, người ta còn bổ sung thêm
lân, kali và một số chất vi lượng khác tùy theo điều kiện nông hóa thổ nhưỡng
và loại cây trồng.
Mặc dù bón phân lấp sâu không theo điểm đã nâng cao được hiệu quả
sử dụng phân bón và tương đối đơn giản nhưng phương pháp này không phát
triển được trên diện rộng ở Nhật là do khó xác định được thời gian tưới ( Vùi
sâu trước khi tưới ) và khó vùi được tồn bộ phân đạm xuống sâu.
Bón phân sâu theo điểm ở dạng viên lớn cho ruộng lúa cấy là một
phương pháp bón phân mang lại hiệu quả cao và phương pháp tương đối mới.
Phương pháp này đã được nhiều tổ chức Quốc tế đề nghị áp dụng trên diện
rộng ở các nước đang phát triển trồng lúa. Phương pháp này được nhiều nông
dân ở các nước Nam và Đông Nam Châu Á trồng lúa chấp nhận. Mức độ chấp


6

nhận phụ thuộc vào: ( i ) điều kiện khí hậu và điều kiện kinh tế xã hội, ( ii )
mối quan tâm của xã hội về vấn đề ô nhiễm mơi trường và ( iii ) giá phân bón.
Nhìn chung ở những vùng mưa tập trung, đất dốc, điều kiện kinh tế nơng hộ
cịn khó khăn và nhất là khi giá phân bón lên cao thì nơng dân đều mong
muốn chấp nhận biện pháp tăng công lao động để giảm lượng phân bón.
Nhiều vùng xung quanh những thành phố lớn cũng mong muốn áp dụng
phương pháp này vì chỉ bón có một lần/ vụ, có điều kiện để cơ giới hoá, tiết
kiệm thời gian cho các hoạt động tăng thu nhập khác.
Về viên phân: Để có viên
phân nén kích thước lớn, người ta
ép phân rời trên các máy ép viên.
Các máy ép viên hiện tại đều hoạt
động theo nguyên lý ép hỗn hợp
phân rời giữa hai trống có trục
nằm ngang (Tổ chức phát triển
phân bón quốc tế, Viện khoa học
nông nghiệp Fujian- China, Trung
tâm phát triển Công nghệ kim loại
MIDC- Indonesia, IFFCo- India).
Viên phân do các máy này tạo ra đều có hình dạng dẹp, gồm hai đới cầu úp
ngược vào nhau, giống như hình “quả bàng”, kích thước theo một phương
nhỏ hơn nhiều so với hai phương kia (hình 1.1), (Nguyễn Tất Cảnh, 2006).
Các máy ép viên phân có kích thước và năng suất khác nhau nhưng
cùng hoạt động theo một nguyên lý chung, thể hiện trên hình 1.2.


7

Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý làm việc của các máy ép viên kiểu bánh ép.
1- Thùng chứa phân; 2- Trục dồn phân; 3, 5- Bánh ép; 4- Hốc ép.

Trên hình 1.3. là một số loại phân viên nén do máy ép kiểu bánh ép nói
trên tạo ra.

Hình 1.3. Viên phân dạng “quả bàng” do máy ép tạo ra
Về máy bón phân: Để cơ giới hóa khâu bón phân viên nén lấp sâu, tại các
nước đã có nhiều mẫu máy bón phân hoạt động theo các nguyên lý khác nhau.
Dưới đây giới thiệu một số máy bón phân viên nén lấp sâu chế tạo tại
các nước nói trên


8
Máy bón phân viên nén lấp sâu kiểu pít tơng (hình 1.4)

5
2
1

4
3

Hình 1.4. Sơ đồ ngun lý máy bón phân kiểu píttơng.
1- Thùng chứa viên phân; 2- Van lá; 3- Máng chứa phân;
4- Cụm pittơng – xilanh bóni; 5- Cơ cấu truyền động cho pít tơng bón.
Máy gồm có thùng chứa viên phân 1, van lá điều chỉnh 2 để điểu chỉnh
lượng phân trong máng 3 cho phù hợp, cặp pittông - xi lanh 4, cơ cấu truyền
động cho bộ phân bón 5.
Khi máy làm việc, phân viên từ thùng chứa 1 được lọt vào máng 3 nhờ
điều chỉnh độ mở của van lá 2. Phân viên nén sẽ được nằm thành hàng trong
máng 3. Pittơng được tính tốn có chiều dài sao cho hành trình của nó trong
ống xi lanh đảm bảo khi đi hết qui trình bón viên phân ở độ sâu lớn nhất thì

vẫn giữ cho viên sau ở lại trong máng nhằm không dúi trùng. Pittông được
truyền động nhờ cơ cấu truyền động 5. Cơ cấu truyền động là cơ cấu biên tay
quay được tính tốn với vận tốc quay, chiều dài tay quay và chiều dài biên
phù hợp với mức bón và độ sâu bón. Tay quay của cơ cấu nhận truyền động
từ bánh xe của máy thơng qua bộ phận giảm tốc.
Máy bón loại này làm việc mà khơng cần có bộ phận rạch hàng nhưng
cần có bộ phận truyền động từ bánh của xe máy tới cơ cấu truyền động cho
pít tống đẩy viên phân. Do động lực được lấy từ bánh xe nên tốc độ bón viên
phân khơng thể nhanh gọn gây nên hiện tượng tạo rãnh trên mặt ruộng do quá


9
trình bón thực hiện khi máy đang di chuyển trên mặt ruộng. Mặt khác do
pittơng sẽ dính bùn nên sau khoảng thời gian làm việc bùn sẽ theo pittông
bám vào cửa ra của máng chứa phân, làm cho viên phân khơng thể rơi xuống
mặc dù đã bố trí thêm cơ cấu cung cấp cưỡng bức viên phân. Chính vì thế máy
này làm việc khơng chính xác và thực tế khơng được ứng dụng trong sản xuất.
Máy bón phân viên nén kiểu đĩa.
Sơ đồ cấu tạo của máy bón phân kiểu đĩa thể hiện trên hình 1.5.
Máy gồm có khung máy 8, trên đó lắp hai thùng chứa phân 1, phía dưới
đáy mỗi thùng chứa lắp bộ phận cung cấp kiểu đĩa 3 có ống dẫn phân 4. Bánh
xe máy bón 3 có các mấu bám lắp đồng trục và truyền động cho hai đĩa cung
cấp. Trên hai tấm trượt 5 có các bộ phận rạch hàng 6 và bộ phận lấp nén 7.
Máy được đẩy tiến về phía trước nhờ tay đẩy 9 có thể điều chỉnh độ cao so
với khung máy.
2

9

1

3

8
4
5
6

7

Hình 1-5. Máy bón phân viên nén có bộ phận cung cấp kiểu đĩa.
1- Thùng chứa viên phân, 2- Bánh xe có mấu bám, 3- Đĩa cung cấp, 4- Ống dẫn phân,
5- Tấm trượt, 6- Bộ phận rạch hàng, 7- Bộ phận lấp nén; 8- Khung máy,
9- Cụm cần đẩy


10
Khi máy làm việc đĩa cung cấp viên phân 3 chuyển động cùng với
bánh xe máy dúi 2. Trên đĩa có bố trí các lỗ chứa viên phân bố trí đều theo
chu vi. Khi đĩa quay, các viên phân sẽ lọt vào trong các lỗ chứa trên đĩa và
được đưa tới vị trí lắp ống dẫn phân 4, viên phân sẽ rơi khỏi lỗ nhờ trọng
lượng bản thân. Ống dẫn phân có nhiệm vụ dẫn hướng cho viên phân nén rơi
đúng vào rãnh mà bộ phận rạch hàng 6 gắn trên tấm trượt 5 đã rạch và được
vùi lấp nhờ bộ phận lấp nén 7. Sau một lượt đi máy bón được 2 hàng phân
cung cấp dinh dưỡng cho 4 hàng lúa.
Để đảm bảo cho mỗi lỗ trên đĩa cung cấp chỉ có một viên phân nén, ở
đáy của thùng chứa viên phân có chổi quét mềm 3, có tác dụng gạt các viên
phân khác ra khỏi lỗ khi chúng có xu hướng theo lỗ tới ống dẫn phân. Bên
cạnh đó thành của thùng chứa phân cũng được thiết kế với góc nghiêng phù
hợp nhằm tránh hiện tượng tạo vịm của các viên phân trong thùng chứa.

Các thử nghiệm máy bón phân kiểu đĩa với viên phân “quả bàng” cho
thấy bộ phận cung cấp loại này làm việc kém do các viên phân “tranh nhau”
lọt vào lỗ trên đĩa cung cấp gây ra hiện tượng kẹt. Ngoài ra, do bộ phận cung
cấp nhận truyền động trực tiếp từ bánh xe của máy nên khó điều chỉnh khoảng
cách bón, khó sử dụng cho nền ruộng có độ trượt quá lớn và không thể di chuyển
trên đường khi thay đổi địa bàn làm việc mà trong thùng vẫn cịn phân bón.
Tóm lại: Nhìn chung ở nước ngồi, cho đến nay việc cơ giới hố cho
máy bón phân viên nén lấp sâu vẫn chưa được giải quyết. Các máy bón phân
vẫn chưa được sản xuất chấp nhận, việc bón phân viên cho lúa vẫn phải làm
thủ công. Nguyên nhân chủ yếu là điều kiện hoạt động của máy phức tạp,
máy hay bị kẹt, tắc nên độ tin cậy làn việc kém. Đặc biết khi áp dụng phân
viên nén, người ta chỉ bón một lần trong cả vụ canh tác nên nếu máy bỏ sót
viên phân tại vị trí nào thì các cây lúa xung quanh vị trí đó bị thiếu dinh
dưỡng dẫn đến năng suất thấp. Chính vì các máy bón phân viên nén lấp sâu có
yêu cầu rất cao về độ tin cậy làm việc nên các máy có độ tin cậy thấp không
được sản xuất chấp nhận.


11
1.2. Trong nước
Ở nước ta kỹ thuật bón đạm lấp sâu đã được triển khai áp dụng trong
sản xuất từ những năm 70 của thế kỷ trước. Phân đạm được trộn với đất bùn
khô đập nhỏ nhào với nước để vo viên bón vào gốc lúa. Phương pháp này có
hiệu quả sử dụng phân bón cao nhưng tốn cơng lao động nên không được ứng
dụng rộng rãi trong sản xuất.
Từ những năm 2000 với sự giúp đỡ về tài chính và công nghệ của tổ
chức IFDC, trường Đại Học Nông Nghiệp Hà Nội đã nghiên cứu, sau đó phối
hợp với tổ chức IDE thử nghiệm để phát triển sản phẩm và hồn thiện quy
trình kỹ thuật bón phân viên nén dúi sâu cho lúa phù hợp với điều kiện thực tế
ở Việt Nam. Trải qua nhiều năm nghiên cứu, thử nghiệm và triển khai, đến

nay sản phẩm phân nén và kỹ thuật bón phân viên nén ngày càng được hồn
thiện và được đông đảo bà con nông dân hưởng ứng.
Khắc phục nhiều hạn chế trong việc bón thúc cho lúa bằng phương pháp
gieo vãi, sau nhiều năm nghiên cứu, thử nghiệm thành công, mới đây các cán bộ
khoa học bộ môn Thủy nông- Canh tác (khoa Đất-Môi trường-Trường ĐH Nông
nghiệp I -Hà Nội) đã sản xuất ra một dạng phân nén dùng để bón dúi sâu rất tiện
lợi và hiệu quả. Nhiều loại phân bón được sản xuất dưới dạng viên nén với các
chủng loại, liều lượng khác nhau như phân đạm đơn, phân tổng hợp đạm + ka li
(NK), phân tổng hợp đạm, lân, kali (NPK), phân tổng hợp đa yếu tố ngồi có các
ngun tố đa lượng ra còn chứa các nguyên tố trung, vi lượng khác rất cần thiết
cho cây lúa là can xi, magiê, lưu huỳnh, sắt, bo v.v.... Khối lượng viên phân thay
đổi trong khoảng 3,7 đến 4,1 gam tùy loại phân và chất phụ gia trộn vào viên
phân. (Nguyễn Tất Cảnh, 2006).
Qua theo dõi nhiều năm, các tác giả đã khẳng định ưu điểm nổi bật của
phương pháp bón phân viên nén lấp sâu cho lúa so với phương pháp bón vãi truyền
thống là:
- Chỉ bón một lần trong cả vụ lúa. Khơng phụ thuộc thời tiết như
bón vãi tồn bề mặt.


12
- Tiết kiệm 34-40% lượng đạm và kali bón.
- Tăng năng suất lúa 15-19%.
- Cho phép cấy hoặc sạ thưa hơn nên giảm được khoảng 30% lượng
giống gieo.
- Sâu bệnh ít hơn so với sạ lan do ruộng thơng thống, thân cây lúa
cứng và khỏe hơn.
Do những ưu điểm nổi trội nên phương pháp bón phân viên nén lấp sâu
đã được Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn công nhận là tiến bộ kỹ
thuật (năm 2005) và cho phép áp dụng phổ biến trên tồn quốc, (Trường Đại

học Nơng nghiệp Hà Nội, 2007).
Cho đến năm 2007, đã có 13 tỉnh thành trên cả nước áp dụng phương
pháp bón phân viên nén lấp sâu (hình 1.6).

Các địa phương đã áp dụng
phân viên nén
Cao Bằng

Lào Cai

Lạng Sơn
Yên Bái

Hưng Yên

Vĩnh Phúc

Hà Tây

Thanh Hố

Ninh Bình
Nghệ An

Thừa Thiên Huế

Quảng Trị
Quảng Nam

Bộ trưởng Cao Đức Phát đến thăm mơ hình

thâm canh lúa ở HTX Dân Lý – H. Triệu Sơn

Hình 1.6. Bản đồ các địa phương đã áp dụng phân viên nén lấp sâu (2007)


13
Cho đến năm 2010 trên cả nước đã có 19 tỉnh thành áp dụng phân viên
nén lấp sâu, không chỉ cho lúa mà cịn cho một số cây trồng nơng nghiệp khác
như ngơ, thc lá, cói,...
Mặc dù lãnh đạo, khuyến nông các tỉnh và người nông dân tại các địa
phương đã áp dụng phương pháp bón phân viên nén lấp sâu đều thừa nhận ưu
điểm của phương pháp này, nhưng đến nay phương pháp bón phân viên nén
lấp sâu chưa được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất do chưa được cơ giới hóa,
người nơng dân vẫn phải làm bằng tay, năng suất thấp và nặng nhọc.
Trong những năm gần đây, các máy và cơng cụ bón phân viên nén lấp
sâu đã được một số đơn vị khoa học và người dân thiết kế, chế tạo (Viện Cơ
Điện nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch (1.7c); người dân ở một số địa phương
(1.7a, 1.7b), Khoa Cơ điện Trường Đại học Nơng nghiệp Hà Nội (1.7d)).

Hình 1.7. Một sơ máy và cơng cụ bón phân viên nén lấp sâu.


14
Các máy này đã được chế tạo, thử nghiệm và đã được ứng dụng vào
sản xuất trong phạm vi hẹp. Chúng khơng được phổ biến rộng do cịn nhiều
nhược điểm, trong đó nhược điểm lớn nhất là độ tin cậy chưa cao, tỷ lệ bón
sót cịn lớn.
Những cải tiến nhằm nâng cao độ tin cậy khi làm việc và giảm độ bón
sót cũng được quan tâm nghiên cứu. Trên hình 1.8 là mẫu máy bón phân viên
nén của bộ mơn Máy Nơng nghiệp,Trường Đại học Nơng nghiệp Hà Nội.

Hình 1.8. Mẫu máy bón phân viên nén lấp sâu kiểu trống quay.
Máy có bộ phận cung cấp kiểu trống quay, sử dụng bánh đè để lấp viên
phân. Việc nhả viên phân từ vị trí chờ rơi xuống mặt ruộng thực hiện nhờ tay
điều khiển như tay phanh trên xe đạp. Khoảng cách bón giữa các viên phân
trong hàng tùy thuộc khả năng điều khiển của người sử dụng. Máy có lực cản
kéo nhỏ, di chuyển dễ dàng nhưng khả năng vùi lấp viên phân khơng cao do
có hiện tượng đùn đẩy lớp bùn trước bánh đè phân và độ sâu bón khơng đảm
bảo khi ruộng có nhiều tàn dư thực vật.
Từ năm 2001, tại Khoa Cơ Điện và Viện Phát triển Công nghệ Cơ
Điện, Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội đã tiến hành nghiên cứu tìm kiếm
giải pháp cho vấn đề cơ giới hóa khâu bón phân viên nén lấp sâu cho lúa, ngô,


15
cói và đã thu được một số kết quả nhất định (Đỗ Hữu Quyết, 2001, 2008).
Qua phân tích nguyên nhân dẫn đến độ tin cậy làm việc thấp của các máy bón
phân viên nén lấp sâu ở trong và ngồi nước, nhón nghiên cứu đã nhận thấy
nguyên nhân khiến cho các bộ phận làm việc của máy bón phân làm việc
thiếu tin cậy là hình dạng của các viên phân không hợp lý. Viên phân do các
máy ép thế hệ cũ tạo ra có hình dạng như quả bàng, dẫn đến có sự tranh chấp
giữa các viên phân tại bộ phận cung cấp của máy bón phân dẫn đến độ tin cậy
làm việc thấp và gây hỏng vỡ viên phân. Nếu có thể thiết kế chế tạo máy ép
viên tạo ra viên phân hình cầu hoặc gần hình cầu thì chắc chắn sẽ loại trừ
được hiện tượng tranh chấp giữa các viên phân tại bộ cấp liệu, cũng như ngăn
ngừa được hiện tượng tạo vòm trong thùng chứa, các viên phân linh động
hơn, tạo điều kiện thuận lợi cho sự làm việc của các máy bón phân viên nén.

Giải pháp mà Viện Phát triển Công nghệ Cơ Điện đề xuất là thiết kế
chế tạo máy ép sao cho viên tạo ra có hình dạng hợp lý, thuận tiện cho sự làm

việc của các máy bón phân viên nén, đồng thời cải tiến máy ép viên sao cho
khai thác được các lợi thế của viên phân mới.
Trên hình 1.9 là mẫu máy ép viên thế hệ mới và viên phân do máy tạo ra.


16
Mẫu máy bón phân viên sử dụng viên phân mới được thiết kế chế tạo
tại Khoa Cơ Điện, Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội đã khắc phục được
hiện tượng kẹt tắc tại bộ phận cung cấp và hiện tượng tạo vịm trong thùng
chứa do viên phân có hình dạng hợp lý. Trên hình 1.10 là hình ảnh máy bón
phân viên nén lấp sâu liên hợp với máy sạ hàng làm việc trên đồng ruộng tại
trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội.

Hình 1.10. Máy bón phân viên nén và máy sạ hàng liên hợp làm việc trên đồng ruộng.

Kết luận: Tuy đã chứng tỏ khả năng làm việc với độ tin cậy chấp nhận
được, máy ép viên và máy bón phân viên vẫn cần được nghiên cứu tính tốn
thiết kế để nâng cao hơn nữa năng suất và độ tin cậy, tính tiện dụng cũng như
giảm giá thành để có thể chuyển thành máy thương phẩm phục vụ cho nhu
cầu bức thiết của sản xuất. Phần tính tồn thiết kế hồn thiện máy bón phân viên
nén lấp sâu tương thích với máy sạ hàng chính là nội dung nghiên cứu của đề tài
luận văn này.


17
Chương 2
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu là thiết kế hồn thiện máy bón phân viên nén lấp
sâu để nâng cao độ tin cậy làm việc và giá thành của máy, làm việc tương

thích với máy sạ hàng lúa.
2.2. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là máy bón phân viên nén lấp sâu, sử
dụng viên phân nén gần hình cầu, tương thích với máy sạ hàng lúa.
Mục tiêu nghiên cứu là thiết kế hoàn thiện máy bón phân viên nén lấp
sâu để nâng cao độ tin cậy làm việc và giá thành của máy, làm việc tương
thích với máy sạ hàng lúa.
2.3. Nội dung nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm các phần sau:
- Tìm hiểu về kỹ thuật bón phân viên nén lấp sâu và máy bón
phân viên nén lấp sâu. Xác định yêu cầu kỹ thuật đối với khâu sạ hàng và
khâu bón phân viên nén lấp sâu
- Xác định một số thông số của viên phân nén và ruộng lúa tại
vùng ĐBSCL trong thời kỳ sạ.
- Tính tốn, thiết kế hồn thiện máy bón phân viên nén lấp sâu
phù hợp với phương pháp sạ hàng.
- Lựa chọn liên hợp máy bón phân và máy sạ hàng
- Tính tốn thiết kế liên hợp máy
2.4. Phương pháp nghiên cứu
Kết hợp nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm.
Sử dụng nghiên cứu lý thuyết để tính tốn xác định một số thông số cơ
bản của các bộ phận làm việc chính.


18
Sử dụng nghiên cứu thực nghiệm để xác định một số thông số của đối
tượng (viên phân nén, mặt ruộng) cần thiết cho tính tốn thiết kế và thử
nghiệm kiểm chứng, đánh giá khả năng làm việc của các bộ phận làm việc đã
thiết kế, chế tạo.
Sử dụng các phần mềm thiết kế cơ khí và các phần mềm xử lý số liệu thống kê.

+ Phương pháp xác định chiều cao trung bình của viên phân
Viên phân nén có hình dạng như trên hình 2.1.

Hình 2.1. Hình dạng viên phân nén
Do nguyên tắc ép tạo viên phân, kích thước D luôn luôn không đổi và
bằng 15 mm. Cần đo để xác định các kích thước chiều cao trung bình H tb,
kích thước đường kính lớn nhất

D*
max

và kích thước chiều cao nhỏ nhất Hmin

của viên phân. Các kích thước này đo bằng thước kẹp như chỉ ra trên hình 2.2.

Hình 2.2. Xác định các kích thước của viên phân.


19
Lấy ngẫu nhiên các viên phân từ thùng chứa, xác định các kích thước
và ghi vào bảng. Số viên phân lấy ít nhất 30 viên.
+ Xác định góc đổ tự nhiên của khối viên phân.
Sơ đồ xác định góc đổ tự nhiên của khối viên phân được xác định như
sau: Đổ từ từ các viên phân lên mặt phẳng tại một vị trí cho các viên phân lăn
ra xung quanh, sao cho khoảng cách từ miệng đổ luôn cách đỉnh khối viên
phân một khoảng bằng 3-4 lần đường kính của viên phân. Các viên phân sẽ
xếp chồng lên nhau có dạng hình nón trịn xoay. Dùng thước đo chiều cao của
hình nón và đường kính chân hình nón của khổi viên phân (hình 2.3). Sau mỗi

h

lần đổ xác định tại một số vị trí ngẫu nhiên xung quanh khối viên phân.


D

Hình 2.3. Sơ đồ xác định góc đổ tự nhiên của khối viên phân
Góc đổ tự nhiên  hay góc ma sát trong của khối viên phân được xác
định theo công thức:
tg  =

2h
; = arctg (2h/D);
D

+ Xác định ma sát trượt của viên phân trên một số vật liệu chế tạo máy
Viên phân nén do máy thế hệ mới tạo ra có dạng gần hình cầu, dễ dàng
lăn trên các mặt nghiêng. Trường hợp xấu nhất là khi các viên phân không lăn
được mà trượt trên các bề mặt nghiêng. Cần xác định hệ số ma sát trượt hay
góc nghiêng giới hạn của mặt nghiêng mà với trị số góc nghiêng bằng hoặc
lớn hơn trị số đó, viên phân sẽ trượt xuống phía dưới do trọng lượng bản thân.
Góc này cịn được gọi là góc ma sát trượt.