Luận văn thạc sĩ nghiên cứu thiết kế chế tạo máy ép rơm cỏ khô làm thức ăn dự trữ cho trâu bò

....

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

NGUYỄN HỮU NĂM

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY ÉP RƠM
CỎ KHÔ LÀM THỨC ĂN DỰ TRỮ CHO TRÂU BÒ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Chuyên ngành : Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hố
nơng, lâm nghiệp
Mã số

:

60.52.14

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Trần Như Khuyên

HÀ NỘI - 2011


LỜI CAM ðOAN
Tơi xin cam đoan rằng, những số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận
văn này là trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào.
Tơi xin cam đoan rằng mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này
ñã ñược cảm ơn và các thơng tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ
nguồn gốc.

Hà Nội, ngày 21 tháng 11 năm 2011
Học viên

Nguyễn Hữu Năm

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……………………………..

i


LỜI CẢM ƠN
ðể hồn thành đề tài nghiên cứu ngồi sự cố gắng của bản thân, tơi đã
nhận được rất nhiều sự quan tâm giúp đỡ nhiệt tình của thầy cơ, bạn bè và
đồng nghiệp và người thân.
Trước tiên tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS
Trần Như Khun đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi trong q trình thực hiện
và hồn thành đề tài nghiên cứu.
Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô Bộ môn Thiết bị bảo quản
và chế biến nơng sản Khoa Cơ điện, Viện đào tạo sau đại học ,Trường ðại
học Nơng nghiệp Hà Nội, Viện Cơ điện và Cơng nghệ sau thu hoạch, Ban
Giám hiệu, các Phịng, Khoa và tồn thể cán bộ, giáo viên, cơng nhân viên
của Trường Cao đẳng Kỹ thuật Cơng nghiệp, các đồng nghiệp, bạn bè và
người thân ñã tạo mọi ñiều kiện thuận lợi cho tơi trong q trình học tập và
hồn thành luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 21 tháng 11 năm 2011
Tác giả

Nguyễn Hữu Năm

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……………………………..

ii


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 CỨU

3

1.1. ðẶC ðIỂM CỦA MỘT SỐ LOẠI RƠM, CỎ KHÔ

3

1.2. YÊU CẦU CƠNG NGHỆ CỦA Q TRÌNH ÉP

4

1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG MÁY ÉP RƠM CỎ KHÔ
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 KHƠ

10

1.5. MỤC ðÍCH VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA ðỀ TÀI

11

1.5.1. Mục đích nghiên cứu

11

1.5.2. Nhiệm vụ nghiên cứu

11

Chương 2: ðỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

12

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 yếu tố

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 ……………………………..

iii


2.2.3. Xác định một số thơng số của q 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 TỐN 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 vật thể 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 TỐN THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA MÁY
ÉP

41

4.1. TÍNH TỐN 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 TỐN 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 tốn thiết bị thuỷ lực

49

4.2.2.1. Tính tốn thê tích của bình tích áp và lưu lượng của bơm

49

4.2.2.2. Tính tốn động lực học máy ép dẫn động bằng bơm có bình tích áp

51

4.2.2.3. Tính tốn hành trình của máy ép

56

4.2.2.4. Tính tốn 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 ……………………………..

iv


Chương 5: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

64

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 khơ 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 đa 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 ……………………………..

v


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 các loại vật liệu

64

Bảng 5.2. Xác định 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 của các 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 mơ hình tốn

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 ……………………………..

vi


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Rơm khơ và cỏ voi

3

Hình 1.2. Các liên hợp máy thu gom và ép bánh rơm, cỏ khơ (Hà Lan)

5

Hình 1.3. Các liên hợp máy thu gom và ép bánh rơm, cỏ khơ (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 xơ cũ)

8

Hình 1.6. Máy ép rơm cỏ khơ ERC-1,0 (Việt Nam)

9

Hình 2.1. Sơ ñồ nguyên lý cấu tạo của máy ép rơm cỏ khơ ERC-1

12

Hình 2.2. Mơ hình 3D của máy ép rơm cỏ khơ ERC- 1

13

Hình 2.3. Sơ đồ các yếu tố vào và ra của thiết bị ép

17

Hình 2.4. ðồ thị hàm mong muốn thành phần dj khi Yj bị chặn một phía

24

Hình 3.1. ðường cong chỉ thị và đường cong cơng nghệ của q trình ép

29

Hình 3.2. Sơ đồ lực tác động lên phân tố của bánh ép

31

Hình 3.3. ðặc tính phân bố mật độ trong bánh ép

34

Hình 3.4. ðồ thị phân bố áp suất trong khn 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 (đáy khn ép)

42

Hình 4.3. Kiểm tra bền tấm ép

43

Hình 4.4. Sơ đồ ngun lý kết cấu hệ thống thủy lực có bình tích áp

45

Hình 4.5. Bình tích áp khí - thủy lực kiểu pittong

46

Hình 4.6. Sơ đồ thủy lực điều khiển bình tích áp khí thủy lực kiểu khơng có
pittong

48

Hình 4.7. Hoạt động của máy ép trong thời gian hành trình cơng tác

51

Hình 4.8. Van chuyển

61

Hình 4.9. ðồ thị lực đặc 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 độ ẩm ban đầu vật liệu ép w (%)

68

Hình 5.3. ðồ thị ảnh hưởng của khối lượng vật liệu ép M (kg)

69

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……………………………..

vii


MỞ ðẦU
Những năm gần ñây, ðảng và Nhà nước ta ưu tiên đưa chăn ni phát
triển thành ngành sản xuất chính, trong đó đặc biệt ưu tiên phát triển chăn
ni bị sữa. Quyết định của Thủ tướng Chính phủ số 167/2001/Qð - TTg
ngày 26/10/2001 và chính sách xuất khẩu trong nơng nghiệp đã tạo đà phát
triển và hỗ trợ rất lớn cho ngành chăn ni.
Việc chăn ni trâu, bị được 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,... đang phát triển các cơ sở, trang trại nuôi tập
trung từ 200 - 300 con đã thu được hiệu quả tốt.
Bị là lồi 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
ni bị. ðể đáp ứng được việc cung cấp thức ăn một cách chủ ñộng, ổn ñịnh
và chất lượng cao, thức ăn của trâu, bị được chế biến cơng nghiệp chủ yếu có
các dạng sau: viên thức ăn thơ; thức ăn tổng hợp dạng bột và dạng viên; khối

ñá liếm; bánh dinh dưỡng; thức ăn ủ chua; thức ăn thơ đóng bánh để dự trữ,
làm ngun liệu chế biến thành miếng cỏ...
ðất nước ta vốn chiếm 80% diện tích nơng nghiệp,đất nước từ nền
cơng nghiệp, nơng nghiệp lạc hâu .Sản xuất nơng nghiệp hầu như khơng có
máy móc mà dựa vào sức trâu, bò là chủ yếu và nguồn thức ăn chính cho trâu,
bị là thức ăn như rơm và cây xanh, cho đến nay với nền nơng nghiệp và nền
cơng nghiệp dần dần hiện đai, nơng nghiệp sản xuất dần dần được thay thế
bằng máy móc,
Hệ thống sản xuất cung ứng thức ăn chăn ni cần được tổ chức đồng
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 tiêu thụ sản phẩm.

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……………………………..

1


Thức ăn thô xanh và khô là nguồn thức ăn chính (chiếm trên 65 %).
Vào mùa vụ bị được cho ăn cây xanh vừa thu hoạch (trung bình một ngày cần
cung cấp khoảng 25 - 40 kg cỏ tươi cho trâu, bị). Cỏ và rơm khơ ngồi 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 biến các 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 nấm mốc, mục, giảm chất
lượng, ảnh hưởng ñến sức khỏe của trâu bị ni. Cần thiết sau khi thu hoạch
chúng phải được nén ép lại để giảm thể tích nhờ đó 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 đáp ứng được nhu cầu về đóng bánh cỏ - rơm khơ, nhưng máy
phải có kết cấu gọn nhẹ, dễ vận chuyển (đến nơi có ngun liệu) phù hợp với
loại hình, quy mơ sản xuất nhỏ nhờ vậy mới có thể giải quyết được vấn đề
giảm chi phí vận chuyển và bảo quản rơm, cỏ khơ.
ðể đáp ứng được nhu cầu thức ăn cho chăn nuôi, từ sản xuất thức ăn
thô, sơ chế thức ăn thô tại cơ sở chăn nuôi và cung ứng 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 tơi tiến hành thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy ép rơm, cỏ khô làm thức ăn dự trữ cho
trâu bị ”.

Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……………………………..

2


Chương 1
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
1.1. ðẶC ðIỂM CỦA MỘT SỐ LOẠI RƠM, CỎ KHƠ
Rơm và cỏ khơ là loại thức ăn thơng dụng cho trâu bị và được coi là
loại thức ăn dự trữ về mùa đơng (hình 1.1).

Hình 1.1. Rơm khơ và cỏ voi
Hình dạng của sợi rơm khơ tùy thuộc vào khi thu hoạch lúa, người
nông dân tiến hành tuốt lúa dưới hình thức nào: Dùng máy tuốt lúa liên hồn
hay tuốt lúa đạp chân.
- Khi sử dụng máy tuốt lúa đạp chân, người nơng dân gặt gần hết phần
gốc lúa (chiều dài trung bình từ ngọn đến phần cắt 600 - 650 mm) có đường
kính trung bình từ 4 – 6 mm (cách gốc 100 mm), sau đó rơm được phơi khơ

thì đường kính giảm xuống cịn 3 - 5 mm, rơm vẫn cịn hình dạng ban ñầu
gồm nhiều ñốt chứa khí ñược ngăn cách nhau bởi các màng xốp mỏng. Khi
nén ép sẽ có độ biến dạng và ñàn hồi lớn.
- Khi sử dụng máy tuốt lúa liên hồn, người nơng dân chỉ gặt phần
bơng lúa (chiều dài từ ngọn ñến phần cắt 300 - 400 mm) có đường 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 hồn, rơm cũng bị dập nát. Vì vậy khi nén ép, rơm dễ xếp lớp,

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……………………………..

3


độ biến dạng và đàn hồi ít hơn.
Cỏ khơ được đóng bánh ở Việt Nam rất ít do lượng cỏ trồng được
khơng nhiều. Một số nơi trồng cỏ Voi hoặc cỏ Mỹ làm thức ăn xanh, thái ra
làm thức ăn ủ chua cịn thừa thì mới đem 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 cơng đưa vào khn ép (nạp liệu).
1.2. U CẦU CƠNG NGHỆ CỦA Q 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 đàn 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 được định hình, đảm bảo độ bền
liên kết, vững chắc có kích thước hợp lý, thuận tiện cho q trình vận chuyển.

ðể đảm bảo rơm khơng hỏng trong thời gian bảo quản độ ẩm của rơm, cỏ khô
khi ép W = 10 - 15%.
Một số chỉ tiêu của bánh rơm, cỏ khô sau khi ép: Có kích thước các chiều
dài, rộng, phù hợp khả năng sắp xếp vào các thùng xe vận chuyển, bảo quản. Do đó
để thuận tiện cho việc định 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 ……………………………..

4


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 nền nơng nghiệp hiện
đại thì ngành chăn ni và trồng trọt có quan hệ khăng khít với nhau.
Vấn đề cơ giới hóa thu hoạch cỏ và rơm khơ đã đạt mức độ khá cao.
Mục tiêu chính là có thể cơ khí hóa tồn 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 để thu gom và đóng gói rơm cỏ khơ .

Hình 1.2. Các liên hợp máy thu gom và ép bánh rơm, cỏ khơ (Hà Lan)
Cỏ sau khi cắt được phơi khơ trên đồng, được liên hợp máy thu hoạch
gom lại và ép thành từng bó hình khối lập phương nhờ các máng ép . Máng có
tiết diện hình chữ nhật có kích thước cao: 0,25 – 0,40 m và rộng từ 0,55 –

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……………………………..

5


1,10 m dạng cong về phía pittơng ép, phần cịn lại thì thẳng. ðể đảm bảo độ
chặt của bó cỏ, cửa ra của máng ñược làm hẹp lại.
Máy ép cỏ tạo thành cuộn cỏ hình trụ lớn: Các cuộn cỏ hình trụ có
đường kính từ 1,6 -1,8 m và dài từ 1,5 - 1,7 m, trọng lượng cuộn cỏ từ 400 700 kg đối với cỏ khơ và 250 - 450 kg ñối với rơm.
Dải cỏ ñược ñưa vào máy, cuộn dần theo ñường xoắn ốc cho tới khi ñạt
ñược ñường kính mong muốn.
Các máy ép trên hoạt ñộng liên tục có năng suất tương đối cao nhưng
có cấu tạo khá phức tạp, kích thước cồng kềnh và chỉ sử dụng ñối với các
ñồng cỏ, hoặc ruộng lớn, giá thành cao thích hợp với mơ hình sản xuất lớn,
đồng bộ .
Trên hình 1.3 là hình ảnh một số liên hợp máy thu gom và ép cỏ (do
Nhật Bản chế tạo) dùng để thu gom và đóng gói rơm cỏ khơ.

a)

b)

Hình 1.3. Các liên hợp máy thu gom và ép bánh rơm, cỏ khơ (Nhật Bản)
Trên hình 1.4 là là sơ ñồ nguyên lý cấu tạo của liên hợp máy thu và ép
cỏ kiều con lăn ép. ðây là loại máy ép có khn di động thường sử dụng
trong các máy thu hoạch cỏ, rơm liên hồn. Loại máy này có ưu ñiểm: Năng
suất cao, sản phẩm ép ñược tự ñộng đẩy ra ngồi sau một q trình ép. Tuy
nhiên nó có nhược điểm là: phải tiêu tốn nhiều năng lượng ñể khắc phục lực
ma sát nên áp suất ép bị giảm, ép có độ chặt thấp.

Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……………………………..

6


Hình 1.4. Liên hợp máy thu và ép cỏ kiểu trục ép
1. Pittông; 2. Biên; 4. Tấm bao; 4. Bánh răng lớn; 5. Bộ phận cấp liệu; 6. Tấm bao
bộ phận thu cỏ; 7. Bộ phận thu cỏ; 8. Cam; 9. Tấm chắn; 10. Xích; 11. Bánh đà; 12.
Kim; 14. ðiều chỉnh kim; 14. ðoạn thốt tải; 15. Xích; 16. Bánh xe con cóc; 17. Cơ
cấu thắt nút; 18. Bánh sao ñè; 19. Buồng nén; 20. ðiều chỉnh ñộ nén.

1.3.2. Các loại máy ép rơm tĩnh tại
Trên hình 1.5 là sơ ñồ nguyên lý cấu tạo máy ép ΠCM-5,0A dùng để
ép cỏ, rơm thành bó do Liên Xơ cũ chế tạo .
Cấu tạo gồm các bộ phận chính: Khung, phễu nạp liệu, bộ phận dồn cỏ,
buồng tiếp nhận cỏ, buồng ép, píttơng, cơ cấu tay quanh, bộ phận giữ cỏ và
băng truyền. Toàn bộ cơ cấu làm việc lắp trên khung bằng kim loại tựa trên 4
bánh xe. ðáy của buồng ép lắp chặt với phần dưới của khung. Nắp của buồng
ép lắp vào khung sao cho có thể thay ñổi chiều cao lỗ thoát của buồng ñể ñiều
chỉnh ñộ chặt của máy ép.
Pítơng của máy ép thực hiện 40 hành trình trong 1 phút và hình thành
bó cỏ dài 780 – 830 mm, trọng lượng bó cỏ thường vào khoảng từ 30 – 40 kg

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……………………………..

7


với ñộ chặt ñạt ñược 250 – 380 kg/m4. Việc bó cỏ được thực hiện bằng tay.
Cơng suất cộng cơ 26 mã lực, trọng lượng máy 1.250 kg, chiều dài máy ở vị

trí làm việc 6.120 mm, chiều rộng 1.460 mm và chiều cao là 2.677mm. Hành
trình píttơng 752 mm.

Hình 1.5. Máy ép rơm cỏ ΠCM-5,0A (Liên xô cũ)
1. Phễu nạp; 2. Bộ phận dồn cỏ; 4. Hệ thống truyền động chính; 4. Khung;
5. pittơng; 6. Buồng tiếp nhận; 7. Ngàm; 8. Buồng ép; 9. ðáy; 10 Nắp;
11. Bộ phận ñiều chỉnh ñộ chặt; 12. Băng truyền;

14. Cơ cấu tay quay.

Quá trình làm việc của máy: Cỏ theo băng truyền vào phễu nạp, qua bộ
phận dồn cỏ từng phần cỏ đưa vào buồng tiếp nhận. Píttơng chuyển động dồn
chặt và ép phần cỏ vào trong buồng ép. Sau đó từng phần khối cỏ di chuyển vào
buồng bó, tại đây sau từng khoảng thời gian nhất ñịnh ta lồng dây vào để bó.
Trong khoảng chạy khơng của píttơng cỏ bị ép ñược bộ phận giữ cỏ giữ
lại. ðộ chặt của cỏ trong buồng tiếp nhận tạo nên do tiết diện ngang của
buồng ép giảm dần, kết quả là tăng sức cản biến dạng và tăng ma sát giữa cỏ
với thành buồng.

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……………………………..

8


ðộ chặt ép ñiều chỉnh bằng cách thay ñổi ñộ nghiêng của thành trên
buồng ép. Áp lực ép phụ thuộc vào loại và ñộ ẩm của cỏ, rơm ñộ chặt ép ban
đầu. Các thí nghiệm cho biết ép ở buồng có kích thước 35 – 45 cm lực ép lớn
nhất khơng vượt q 8.000 - 9.000 kG, khi đó độ chặt của bó cỏ trong khoảng
350 – 450 kg/m3 để bó cỏ được ép trọng lượng 40 – 50 kg cần 13 – 18 đường
chạy làm việc của píttơng khi cung cấp bằng tay và tới 25 ñường chạy làm

việc khi cung cấp bằng máy.
Trên hình 1.6 là hình ảnh máy ép rơm cỏ khô ERC-1,0 do công ty Z755 của quân ñội chế tạo dựa theo nguyên lý máy ép pitong ΠCM-5,0A của
Liên xơ (cũ).

Hình 1.6. Máy ép rơm cỏ khơ ERC-1,0 (Việt Nam)
Máy có đặc điểm là làm việc liên tục do đó cho năng suất cao (khoảng
1 tấn/giờ, trọng lượng một bánh trung bình khoảng 20 kg), có thể thay đổi
kích thước khn ép. Nhưng có nhược điểm là kích thước cồng kềnh, chiếm
nhiều diện tích, khó di chuyển nên thường ñặt cố ñịnh, việc buộc bánh sau khi
đóng thực hiện bằng tay.
Máy có cơng suất lớn và nạp liệu liên tục nên phải tập kết một khối
lượng lớn rơm hoặc cỏ khô tại nơi ép do đó chi phí vận chuyển cao (do rơm

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……………………………..

9


hoặc cỏ khơ phải đem từ nơi khác đến nơi ép); phải có một diện tích lớn để
tập kết ngun vật liệu. ðiều này là không phù hợp với quy mô của nông hộ,
trang trại chăn nuôi và của cả người làm dịch vụ.
1.4. PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC MÁY ÉP
RƠM, CỎ KHƠ
Qua việc nghiên cứu, tìm hiểu tài liệu trong và ngồi nước cũng như phân
tích các ưu nhược ñiểm của từng loại máy ép hiện có, chúng tơi nhận thấy:
- ðối với thiết bị máy móc hoạt động theo ngun lý liên tục, tất cả các
khâu từ nạp liệu, ép, buộc và tháo liệu ñều tiến hành tự động nhờ đó đạt được
năng suất cao, nhưng máy cồng kềnh, phức tạp. Máy làm việc theo ngun lý
liên tục có thể ép rơm thành bó trịn hoặc khối lập phương. Các máy loại này
có giá thành cao, chưa phù hợp với ñiều kiện trang bị của các trang trại chăn

nuôi và người làm dịch vụ ở nơng thơn hiện nay.
- ðối với thiết bị máy móc hoạt động theo ngun lý khơng liên tục,
loại này có cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng tuy chi phí nhiều sức lao ñộng hơn
so với máy liên tục, phụ thuộc vào trình độ của người thao tác, năng suất thấp
do phải nạp liệu, buộc và tháo liệu bằng tay, song nó có giá thành vừa phải,
chấp nhận được đối với các trang trại chăn nuôi.
Về mặt tạo lực ép: có thể sử dụng hệ thống thuỷ lực và động cơ thuỷ
lực; ñộng cơ hộp số với hệ thống các thanh răng hoặc hệ bánh răng - trục vít.
Nếu sử dụng hệ thống động cơ hộp số, thanh răng thì kết cấu cồng kềnh, nặng
nề. Việc sử dụng hệ thống thiết bị thuỷ lực có lợi hơn do kết cấu nhỏ gọn, dễ
thao tác, vận hành và sử dụng.
Về mặt sử dụng năng lượng: có thể ép thủ cơng (bộ phận ép trục vít bánh vít) hoặc thiết bị máy móc được cơ giới hố (sử dụng động cơ điện hay
động cơ diezel).

Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……………………………..

10


Mặt khác dựa vào nhu cầu thực tế chúng tôi lựa chọn nguyên lý ép
không liên tục (khuôn ép cố ñịnh), sử dụng hệ thống thiết bị ép thuỷ lực. Máy
có thể sử dụng động cơ điện hoặc diesel.
1.5. MỤC ðÍCH VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA ðỀ TÀI
1.5.1. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thơng số đến q trình ép rơm cỏ,
khơ làm cơ sở cho việc thiết kế chế tạo máy nhằm phục vụ cho việc vận
chuyển bảo quản rơm cỏ khơ, tạo điều bánh ñể triển khai áp dụng rộng rãi
trong sản xuất.
1.5.2. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu một số tính chất cơ lý của rơm cỏ khơ có liên quan đến

q trình ép.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của quá trình ép
- Nghiên cứu tính tốn thiết kế các bộ phận chính của máy ép.
- Nghiên cứu thực nghiệm xác ñịnh ảnh hưởng của một số thông số ñến
năng suất và chất lượng sản phẩm ép

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……………………………..

11


Chương 2
ðỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. ðỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
ðể phù hợp với quy mô sản xuất của các cơ sở sản xuất thức ăn cho
trâu bò, chúng tơi chọn đối tượng nghiên cứu của đề tài là máy ép kiểu pittông
nằm ngang (ký hiệu ERC-1). Phối hợp với Viện Cơ ðiện nông nghiệp và
Công nghệ STH chúng đã tính tốn một số thơng số cơ bản của q trình ép
và tiến hành khảo nghiệm xác định một số chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật làm cơ sở
thiết kế cải tiến máy ép. Sơ ñồ nguyên lý thiết kế tổng thể của máy ép rơm, cỏ
khô (ký hiệu ERC-1) được thể hiện trên hình 2.1.
1

11

10

2
5

4
3
9
4
8
5
7

6

Hình 2.1. Sơ ñồ nguyên lý cấu tạo của máy ép rơm cỏ khô ERC-1
1- Phiễu cấp liêu; 2- Thân khuôn ép; 3- Rãnh luồn dây buộc; 4- ðáy khuôn; 5Gân tăng cứng; 6- Bơm dầu thủy lưc; 7- ðộng cơ ñiện; 8- Thùng chứa dầu thủy
lực; 9- Xi lanh thủy lực; 10- Hộp phân phối dầu thủy lực; 11- Bàn ép

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……………………………..

12


Hình 2.2. Mơ hình 3D của máy ép rơm cỏ khơ ERC- 1
Thân khn ép có dạng hình hộp chữ nhật, tiết diện hình vng với
kích thước trong lịng khn AxB = 500x600mm, ñược chế tạo bằng thép tấm
dày 5 mm và ñược tăng cứng bằng các thanh thép L45x45x3 ở trên và dưới.
Thân khn ép được chia thành 2 buồng: buồng nạp liệu và buồng ép. Buồng
nạp liệu là nơi chứa vật liệu ép ban đầu. Phía trên buồng nạp liệu là nắp
khn ép được liên kết với thân khn ép nhờ chốt bản lề. Nắp khn có thể
mở ra khi nạp liệu và đóng lại khi làm việc. Hai phía của buồng nạp liệu có
hàn hai tấm thép thẳng đứng và khi nắp khn mở hất ra phía sau kết hợp với
hai tấm thép này sẽ hình thành phễu thuận lợi cho việc nạp liệu vào máy.
Buồng ép là nơi định hình dạng bánh ép với nắp được lắp chặt với thân khuôn

ép. Hai thành bên của buồng ép có xẻ hai rãnh với chiều rộng 10mm để luồn 2
dây buộc định hình 4 mặt xung quanh bánh rơm ngay trong khn ép.
ðáy khn ép được lắp ở phía cuối buồng ép nhờ 2 chốt bản lề ở phía
dưới, phía trên có nỉa để bắt bu lơng hãm. ðáy khn được chế tạo bằng thép
tấm dày 10mm, mặt trong đáy khn có hàn các thanh dẫn hướng tạo thành 2
hai rãnh rộng 10mm ñể luồn sẵn 2 dây buộc cịn mặt ngồi được gia cố bằng
2 đường gân tăng cứng để đảm bảo độ bền của đáy khn. Phía dưới của đáy

Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……………………………..

13


khn có hàn hai nỉa nhơ ra khỏi đáy khn khoảng 100mm, khi nắp khuôn
mở ra, hai nỉa này tỳ vào phần dưới của thân khn làm cho đáy khn chỉ
quay được góc 90o, khi đó mặt trong của nắp khn ngang bằng với mặt đáy
của thân khn để đỡ bánh rơm sau khi bị đẩy ra khỏi khn ép, thuận lợi cho
việc buộc 2 dây định hình mặt trên và dưới của bánh rơm.
Bàn ép (pít tơng) được lắp bên trong khn ép thực hiện chuyển động
qua lại nhờ hệ thống xilanh thủy lực. Bàn ép ñược chế tạo bằng thép tấm dày
15 mm, có kích thước Ae x Be = 595 x 495 mm, trên bề mặt ép có hàn 4 thanh
dẫn hướng tạo thành hai rãnh có ñộ rộng 10 mm ñể luồn dây buộc. Khi bàn ép
dịch chuyển tới phần buồng ép thì các rãnh này trùng với 2 rãnh xẻ ở hai bên
thành buồng ép.
Hệ thống thủy lực gồm có xi lanh thủy lực, động cơ liên kết với bơm
dầu, ñường ống dẫn dầu và tay điều khiển.
Q trình làm việc của máy ép như sau: Mở đáy khn ép luồn sẵn hai
dây vào đáy khn ép, sau đó đóng lại, tiếp tục mở nắp buồng cấp liệu và xếp
rơm hay cỏ ñầy vào cả buồng cấp liệu và buồng ép. ðiều khiển cho hệ thống
thủy lực làm việc. Bàn ép di chuyển từ trái sang phải thực hiện ép khối rơm

trong buồng ép. Khi ñạt ñược lực nén ép theo yêu cầu tiến hành luồn 2 dây
vào 2 rãnh của bàn ép, mở ñáy khuôn ép tiến hành buộc bánh rơm ngay trong
khuôn ép. Sau đó tiếp tục điều khiển cho bàn ép dịch chuyển để đẩy bánh rơm
ra ngồi khn ép, đánh tay thủy lực xả dầu về thùng, bàn ép ñược dịch
chuyển về vị trí ban đầu. Tiến hành buộc định hình mặt trên và dưới bánh
rơm, sau khi buộc xong, bánh rơm được đưa ra ngồi. Tiếp tục luồn dây vào
đáy khuôn, mở nắp buồng cấp liệu, nạp rơm mới vào khn ép và q trình ép
bánh rơm tiếp theo được lặp lại.

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……………………………..

14


Loại máy ép trên có ưu điểm:
- Có thể điều chỉnh ñược ñộ lèn chặt theo yêu cầu nhờ hệ thống điều
khiển hành trình xilanh thủy lực.
- Hệ số dãn nở ñàn hồi của bánh rơm nhỏ do tiến hành buộc định hình
bánh rơm ngay trong khn ép.
- Dễ nạp liệu vào máy;
- Cấu tạo ñơn giản, giá thành thấp, có thể áp dụng rộng rãi cho các hộ
nơng dân;
Nhược ñiểm:
- Làm việc gián ñoạn, năng suất thấp;
- Nhiều công ñoạn phải thực hiện bằng thủ công như: cấp liệu, buộc
dây, dỡ khối ép khỏi khuôn,... nên năng suất thấp và khó tự động hóa.
2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
a) Phương pháp mơ hình tốn lý
Ứng dụng lý thuyết nén ép vật liệu rời trong khn ép của Xokolov

A.IA, Oxobov N.G để xây dựng cơ sở lý thuyết của q trình nén ép trong
khn ép nhằm xác định một số thơng số vể cấu tạo và chế ñộ làm việc làm
nhằm ñịnh hướng cho việc thiết kế và triển khai nghiên cứu thực nghiệm.
b) Phương pháp mơ hình hóa hình học
Sử dụng phương pháp mơ hình hóa hình học các kết cấu trên máy tính
nhờ các chương trình phần mềm trợ giúp thiết kế:
- Chương trình phần mềm thiết kế Inventor 8: Phần mềm Autodesk
Inventor mơ hình hóa hình học các kết cấu trên máy tính. Autodesk Inventor
là một hệ thống thiết kế cơ khí 3-D được xây dựng với cơng nghệ thích nghi
(adaptive technology) cùng với các khả năng mơ hình hóa khối rắn. Autodesk
Inventor cung cấp các cơng cụ cần thiết để thực hiện các dự án thiết kế, từ

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……………………………..

15


việc vẽ phác ban đầu cho đến việc hình thành các bản vẽ kỹ thuật cuối cùng
(tạo các mơ hình 3D, các bản vẽ 2D; tạo các chi tiết thích nghi, các chi tiết và
bản vẽ lắp, ..), Autodesk Inventor có thể link với các phần mềm khác
AutoCAD, Mechnical Desktop,... ñể nhập và xuất dữ liệu.
- Chương trình phần mềm phân tích thiết kế COSMOS Design STAR
4.0 của tập đồn SRAC (Mỹ). ðây là chương trình đa tài liệu kiến trúc mở, có
các tính năng tiên tiến của giao diện sử dụng ñồ họa Windows. Cấu trúc mở
của COSMOS DesignSTAR cho phép phối hợp với phần mềm phân tích thứ
ba, các thiết lập của người sử dụng và các bổ sung của chương trình hỗ trợ.
COSMOS DesignSTAR dựa trên cơ sở hình học Parasolid có thể mở trực tiếp
các tệp hệ thống của CAD (phần mềm hỗ trợ thiết kế trên máy tính). Với
những khả năng trên COSMOS DesignSTAR có thể phân tích các chi tiết và
tổng lắp được tạo ra bởi mọi hệ thống CAD (AutoCAD, Inventor, Mechanical

Desktop, SolidWorks...).
2.2.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
2.2.2.1. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ñơn yếu tố
Áp dụng phương pháp nghiên cứu ñơn yếu tố ñể nghiên cứu ảnh
hưởng riêng của từng yếu tố vào tới các thơng số ra, qua đó tìm được mức
biến thiên, khoảng biến thiên và khoảng nghiên cứu thích hợp của từng yếu
tố, làm cơ sở cho phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ña yếu tố.
Nguyên tắc của phương pháp này là cố ñịnh các yếu tố khác, thay ñổi
một yếu tố ñể xác ñịnh ảnh hưởng của yếu tố biến thiên đó tới các thơng số ra,
qua đó thăm dị được khoảng nghiên cứu cho phép của mỗi yếu tố [6].
Trong q trình ép có rất nhiều yếu tố làm ảnh hưởng tới năng suất,
chất lượng sản phẩm ép và mức tiêu thụ năng lượng riêng. Các yếu tố bao
gồm: áp lực ép, ñộ dày của lớp vật liệu ép, tiết diện khuôn ép, hệ số ma sát
của lớp vật liệu ép với khuôn ép,….

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……………………………..

16


ðể lựa chọn các yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất, có thể dùng phương
pháp thu thập các thơng tin qua các tài liệu tham khảo và tìm hiểu ý kiến của
các chun gia có kinh nghiệm về vấn đề đang nghiên cứu, nhờ đó có thể loại
bớt những yếu tố khơng cần thiết. Cuối cùng đã chọn được các yếu tố ảnh
hưởng nhiều nhất quá trình ép, bao gồm:
a) Các yếu tố vào:
- Hành trình của bàn ép h, x1 (cm)
- ðộ ẩm của vật liệu ép w, x2 (%)
- Khối lượng vật liệu ép M, x3 (kg),
b) Các thông số ra:

- Khối lượng thể tích của khối ép γ, Y1 (kg/m3)
- Chi phí năng lượng riêng Nr, Y2 (kWh/tấn)
Các yếu tố vào và ra của thiết bị ép ñược mơ tả theo sơ đồ hình 2.3:
x1
x2

ðối tượng nghiên cứu
Máy ép rơm cỏ khơ

Y1

Y2

x3

Hình 2.3. Sơ đồ các yếu tố vào và ra của thiết bị ép
2.2.2.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ña yếu tố
Áp dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ña yếu tố ñể xác ñịnh
ảnh hưởng ñồng thời của nhiều yếu tố vào tới các thông số ra, từ đó xác định
giá trị tối ưu của các thông số.
a. Chọn mức biến thiên và khoảng biến thiên của các yếu tố
Tiến hành chọn mức biến thiên của các yếu tố bao gồm: mức cơ sở,
mức trên và mức dưới, khoảng biến thiên và khoảng nghiên cứu.

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……………………………..

17