Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o
Tr−êng ®¹i häc n«ng nghiÖp hµ néi
LÊ VĂN AN
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY BĂM RƠM
DỌC TRỤC NĂNG SUẤT 500 KG/H
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Hµ néi, 2014

i

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn nay
là trung thực và cha hề đợc sử dụng và bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này
đều đợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đợc chỉ rõ
nguồn gốc.
Hà Nội, ngày 05 tháng 05 năm 2014
Tác giả
Lê Văn An Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật iii

MỤC LỤC

Trang
Lời cam ñoan i
Lời cảm ơn ii
Mục lục iii
Danh mục các chữ viết tắt vi
Danh mục hình ix
Danh mục bảng x
ðẶT VẤN ðỀ 1
Chương 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 3
1.1. Khái quát tình hình rơm rạ trong nước và thế giới . 3
1.2. Khái quát tình hình chăn nuôi và thức ăn chăn nuôi
cho ñại gia súc ở Việt nam và thế giới 5
1.2.1. Khái quát tình hình chăn nuôi và thức ăn chăn nuôi
cho ñại gia súc trên thế giới 5
1.2.2. Khái quát tình hình chăn nuôi và thức ăn chăn nuôi
cho ñại gia súc trong nước 7
1.3. Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy băm rơm trong nước
và trên thế giới 10
1.3.1. Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy băm rơm rạ, cỏ trong nước 10
1.3.2. Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy băm rơm trên thế giới 15
1.4. Lựa chọn nguyên lý 21

3.4.3. Tính toán lựa chọn sơ bộ ñộng cơ 54

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật v

Chương 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 56
4.1. Vật liệu và dụng cụ thí nghiệm 56
4.1.1. Vật liệu và ñiều kiện thí nghiệm 56
4.1.2. Dụng cụ thí nghiệm 56
4.2. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm ñơn yếu tố 57
4.2.1. Ảnh hưởng của tốc ñộ trục quay tới các thông số ra 59
4.2.2. Ảnh hưởng của lượng cấp liệu tới các thông số ra 62
4.2.3. Ảnh hưởng của bước xoắn tới các thông số ra (h) 64
4.3. Kết quả nghiên cứu xác ñịnh các thông số tối ưu của máy băm rơm
dọc trục bằng phương pháp qui hoạch hoá thực nghiệm ña yếu tố 67
4.3.1 Kết quả thu thập số liệu thí nghiệm, xử lý ñồng nhất phương sai 69
4.3.2. Kết quả xác ñịnh mô hình hồi qui quy hoạch hoá thực nghiệm
(QHHTN) ña yếu tố cho hàm Y
1
71
4.3.3. Kết quả xác ñịnh mô hình hồi qui quy hoạch hoá thực nghiệm
(QHHTN) ña yếu tố cho hàm Y
2
76
4.3.4. Giải bài toán tối ưu bằng phương pháp thương lượng có ñiều kiện 80
KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 82
Kết luận 82
ðề nghị 82

N
b
Phản lực N
G Trọng lượng vật liệu kg
ϕ
Góc ma sát
°
f Hệ số ma sát
p
cr
Lực cản cắt riêng của rơm N
F
cr
Lực cản cắt của rơm N
b
cr
Bề rộng của lớp rơm mm
A Công cắt N
S
2
i
Phương sai thí nghiệm của ñiểm i
m Số lần lặp thí nghiệm
y
ij
Giá trị thông số ra ở ñiểm thứ i, lần lặp thứ j;
i
y

Giá trị trung bình thông số ra ở ñiểm thứ i


Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật vii

x
3
Mã hoá của bước xoắn cánh dẫn mm
Y
1
Mã hoá của hàm chiều dài trung bình ñoạn băm mm
Y
2
Mã hoá của hàm chi phí năng lượng riêng kWh/tấn
x
i
Giá trị mã hoá của yếu tố thứ i
X
i
Giá trị thực của yếu tố thứ i
X
oi
Giá trị thực mức cơ sở của yếu tố thứ i
ε
i

Khoảng biến thiên của yếu tố thứ i

N Số thí nghiệm


B
ii
Hệ số của phương trình chính tắc
q Áp suất riêng N/cm
P
ct
Lực cắt cần thiết N
∆S
ðộ dài lưỡi dao
cm
P
t
Lực cản cắt thái N
σ
Góc mài dao của lưỡi dao
°
S Chiều dày cạnh sắc lưỡi dao mm
σ
c

Ứng suất cắt của vật thái

α
Góc cắt thái
°
β
Góc ñặt dao
°
τ


K
r
Hệ số ñánh giá ñộ trượt của thùng và kiện rơm
R
tr
Bán kính trống băm m
ω
tr

Vận tốc góc của trống băm
1/s
ω
th

Vận tốc góc của thúng quay
1/s
R
k

Khoảng cách từ tâm kiện rơm ñến ñĩa dao ñang
xét
mm


Bảng 4.2. Kết quả thử nghiệm máy khi thay ñổi vận tốc quay
của trục máy 60
Bảng 4.3. Kết quả thử nghiệm máy khi thay ñổi chiều dày cấp liệu 62
Bảng 4.4. Kết quả thử nghiệm máy khi thay ñổi bước xoắn
của cánh dẫn hướng 65
Bảng 4.5. Sự biến thiên các thông số nghiên cứu 68
Bảng 4.6. Ma trận thí nghiệm 68
Bảng 4.7. Ma trận kết quả thí nghiệm hàm Y
1
70
Bảng 4.8. Ma trận kết quả thí nghiệm hàm Y
2
71
Bảng 4.9. Ma trận kết quả tính toán và xử lý số liệu với hàm Y
1
72
Bảng 4.10. Ma trận kết quả tính toán và xử lý số liệu với hàm Y
2
76 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật x

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Máy thái cỏ dạng ñĩa 11
Hình 1.2: Máy thái cỏ dạng trống 13

Hình 3.11. Sơ ñồ khối nguyên lý làm việc của máy băm 52
Hình 3.12. Cấu tạo của lưỡi dao 53
Hình 4.1. Một số hình ảnh thử nghiệm máy 59
Hình 4.2. Môí quan hệ giữa chiều dài trung bình ñoạn băm và n
tr
(n-l) 61
Hình 4.3. Mối quan hệ giữa chi phí năng lượng riêng và n
tr

61
Hình 4.4. Mối quan hệ giữa chiều dài trung bình của ñoạn băm và
lượng cấp liệu 63
Hình 4.5. Mối quan hệ giữa chi phí năng lượng riêng và
lượng cấp liệu 64
Hình 4.6. Mối quan hệ giữa bước xoắn và
chiều dài trung bình ñoạn băm 66
Hình 4.7. Mối quan hệ giữa bước xoắn và chi phí năng lượng riêng 67 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật 1

ðẶT VẤN ðỀ

Rơm rạ là nguồn phế thải rất lớn trong nông nghiệp Việt Nam. Trước
ñây, nông dân tận dụng hết nguồn phế thải này ñể làm nhà, làm thức ăn cho
gia súc, dùng ñể ñun nấu, nay những nhu cầu ấy không còn nhiều. Cho nên
khi thu hoạch lúa vào mùa mưa lượng rơm rạ không ñược thu gom dẫn ñến ô


hợp sẽ giải quyết những khó khăn nói trên ñồng thời giải phóng sức lao ñộng
cho con người.
ðể ñáp ứng cho các mô hình sản suất tận dụng rơm, trấu phục vụ cho
các cơ sở chăn nuôi, nuôi trồng nấm cần hoàn thiện, cải tiến, thiết kế mới các
thiết bị tạo ra các thiết bị phù hợp với ñiều kiện của Việt Nam.
Chính vì vậy, việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy băm rơm là rất cần
thiết ñể mang lại hiệu quả kinh tế xã hội góp phần công nghiệp hoá nông
nghiệp, nông thôn.
ðể ñáp ứng nhu cầu trên chúng tôi ñề xuất phương án cắt rơm nhiều lần
bằng cách bố trí nhiều lớp dao cắt trên một trống dài. Quá trình cắt, vận
chuyển dọc trục của rơm tương tự như máy ñập lúa dọc trục.
Trên cơ sở những phân tích ở trên chúng tôi ñề xuất ñề tài “Nghiên
cứu thiết kế, chế tạo máy băm rơm dọc trục năng suất 500 kg/giờ “
Mục tiêu của ñề tài là:
1. Lựa chọn ñược nguyên lý làm việc của máy băm rơm dọc trục.
2. Nghiên cứu xác ñịnh ñược một số thông số làm việc làm cơ sở cho
việc thiết kế máy băm rơm dọc trục.
3. Vận dụng các thông số ñã xác ñịnh vào chế tạo máy băm rơm dọc trục.

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật 3

Chương 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

1.1. Khái quát tình hình rơm rạ trong nước và thế giới.
Rơm lúa ñược sử dụng phổ biến trong chăn nuôi trâu bò ở các nước
nhiệt ñới, ở Thái Lan có 75% rơm lúa nương rẫy và 82% rơm lúa nước ñược

trong rơm khó tiêu. Vì vậy các nhà khoa học chăn nuôi ở nước ta dùng
phương pháp xử lý rơm bằng urê. Từ những năm 1990 ñến nay ñã có nhiều
công trình nghiên cứu theo hướng này của Viện Chăn nuôi, Viện Thú y,
Trường ðHNN Hà Nội, ðH Nông Lâm Huế với các kết quả chính là:
Bảng 1.1. Thành phần hoá học và giá trị dinh dưỡng của một số loại
thức ăn cho gia súc.
(%) Trong vật chất khô
Loại
Thức
ăn
Vật
chất
khô
(%)
Protin
(%)
ðường tan
(%)
Tỷ lệ tiêu
hoá chất
hữu cơ
(DOM)
(%)
Năng lượng
trao ñổi
(ME)
(Kcal/Kg)
Cỏ mật 18,2 11,1 - 47,2 1787
Cỏ voi
tươi

pháp cấy giống thuần chủng ñể nâng cao chất lượng của quá trình ủ chua rơm
nguyên liệu dùng làm thức ăn cho gia súc là việc làm hết sức cần thiết.
Rơm rạ ngoài việc dùng thức ăn cho lĩnh vực chăn nuôi thì nó còn ñược
dùng trong ngành nông nghiệp như: Xử lý rơm rạ làm phân bón cho cây
trồng, trong quá trình gieo mạ thãm và ñược ứng dụng ñể trồng nấm.
1.2. Khái quát tình hình chăn nuôi và thức ăn chăn nuôi cho ñại gia súc
ở Việt nam và thế giới.
1.2.1. Khái quát tình hình chăn nuôi và thức ăn chăn nuôi cho ñại gia súc
trên thế giới.
Hiện nay thức ăn gia cầm chiếm tỷ lệ cao nhất : 38%, tiếp ñó là thức ăn
cho lợn: 32%, thức ăn cho bò sữa: 17%, thức ăn cho bò thịt: 7%, còn thức ăn
cho thủy sản và các vật nuôi khác chiếm 6%. Có khoảng 3500 nhà máy sản

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật 6

xuất thức ăn chăn nuôi công suất lớn trên thế giới ñảm nhận sản xuất trên
80% sản lượng thức ăn chăn nuôi toàn cầu.
Thức ăn công nghiệp tiết kiệm ñược 40-48% nguyên liệu so với thức ăn
truyền thống. Do ñó các nước ñầu tư khá lớn trong loại hình chế biến này.
Theo tổ chức FAO ñã xác ñịnh có 3 tổ chức chăn nuôi chính: Hệ thống
công nghiệp, hệ thống hỗn hợp và hệ thống chăn thả.
Hệ thống chăn nuôi công nghiệp là những hệ thống các vật nuôi ñược
tách khỏi môi trường chăn nuôi tự nhiên, toàn bộ thức ăn, nước uống do con
người cung cấp và có hệ thống thu gom chất thải. Các hệ thống này cung cấp
trên 50% thịt lơn và thịt gia cầm toàn cầu, 10% thịt bò và cừu.
Hệ thống hỗn hợp, là hệ thống trang trại trong ñó có cả sản xuất trồng
trọt và chăn nuôi. ðây là hệ thống cung cấp 54% lượng thịt, 90% lượng sữa

một trong những nội dung quan trọng trong quá trình công nghiệp hóa sản
xuất nông nghiệp của nước ta trong thời kỳ phát triển mới. Việt Nam là một
trong 10 quốc gia có mật ñộ dân số cao nhất thế giới (khoảng 260 người/km
2
).
Nhu cầu thực phẩm trong ñiều kiện dân số tăng và ñời sống ngày càng ñược
nâng cao ñã và ñang ñặt ra cho các nhà quản lý nông nghiệp phải nhanh
chong hiện ñại hóa sản xuất nông nghiệp. Trong khi diện tích dành cho sản
xuất nông nghiệp ngày càng giảm do phát triển ño thị, công nghiệp, giao
thông và các công trình dịch vụ khác, phát triển chăn nuôi theo hướng tập
trung, nâng cao quy mô là xu thế tất yếu nhằm nâng cao năng xuất và chất
lượng thịt, trứng, sữa cung cấp cho nhân dân và cho xuất khẩu.
Bảng 1.2: Số lượng ñầu gia súc của nước ta năm 2009
TT Loại gia súc ðơn vị tính ðầu con
1 Trâu Ngàn con 2886,6
2 Bò Ngàn con

6103,3
3 Dê, cừu Ngàn con

1375,1
4 Ngựa Ngàn con

102,2
Hiện cả nước có khoảng 5,2 triệu con bò, trong ñó bò sữa khoảng
100.000 con và gần 2,63 triệu con trâu (bảng 3; 4 và 5) phân bố chủ yêu ở

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật
Sơ bộ
2012
CẢ NƯỚC
6.724,7 6.337,7 6.103,3 5.808,3 5.436,6 5.194,2
ðồng bằng sông Hồng 822,9 729,9 695,0 651,7 603,4 517,2
Trung du và miền núi
phía Bắc
1.088,8 1.058,9 1.031,7 993,7 924,7 904,6
Bắc Trung Bộ và 2.825,5 2.619,0 2.489,7 2.336,9 2.144,9 2.103,6

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật 9

Duyên hải M.Trung
Tây Nguyên 756,3 721,3 716,9 694,9 689,0 657,2
ðông Nam Bộ 541,6 495,1 473,4 440,0 408,9 382,5
ðồng bằng sông Cửu
Long
689,6 713,5 696,6 691,1 665,7 629,1
Theo Tổng cục thống kê
Bảng 1.5: Số lượng trâu phân theo vùng

ðơn vị: Nghìn con
Năm
ðịa phương
2007 2008 2009 2010 2011
Sơ bộ
2012

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật 10

Nguyên nhân dẫn ñến năng lực cạnh tranh thấp của các doanh nghiệp
sản xuất thức ăn vừa và nhỏ trên thị trường là do thiết bị cũ, công nghệ lạc
hậu, chất lượng sản phẩm chưa cao. ðể ñẩy mạnh tốc ñộ phát triển ngành
chăn nuôi Việt Nam cần phát triển quy mô sản xuất của các doanh nghiệp sản
xuất thức ăn chăn nuôi vừa và nhỏ theo hướng ñầu tư ñược thiết bị hiện ñại
với vốn ñầu tư nhỏ, tiết kiệm ñược chi phí năng lượng, ñồng thời ñảm bảo
ñược tỷ lệ dinh dưỡng thức ăn trong mỗi kg sản phẩm, ñây cũng là hướng mà
ñề tài quan tâm.
1.3. Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy băm rơm trong nước và
trên thế giới.
1.3.1. Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy băm rơm rạ, cỏ trong nước.
Việc ñưa công nghệ cao vào phục vụ chăn nuôi bò là hữu ích, nhưng
cần có sự phát triển ñồng bộ về công nghệ và thiết bị phục vụ công nghệ mới
ñạt ñược hiệu quả sử dụng công nghệ mới trong chăn nuôi.
Việt Nam là một nước nông nghiệp, ngoài những sản phẩm chính tạo ra
từ ngành nông nghiệp thì hàng năm một lượng lớn (30 triệu tấn rơm) phụ phế
phẩm nông nghiệp (như rơm rạ, vỏ ñậu ñỗ, bã mía, ) ñược sử dụng trong chế
biến làm phân bón, thức ăn gia súc, sản xuất ñiện, làm ván nhân tạo Nhiều
cơ sở ñã nắm bắt, sử dụng nguồn nguyên liệu phụ phẩm vô tận này cho nhu
cầu sản xuất của mình mang lại hiệu quả cao.
Việc chế biến, xử lý trước khi sử dụng có ý nghĩa quan trọng khi mà
nguồn phế thải ñược xem là bỏ ñi có thể ñược tận dụng một cách có hiệu quả
làm thức ăn cho gia súc. ðặc biệt trong nghiên cứu chế biến, xử lý nguyên
liệu thức ăn cho gia súc nhai lại thì vấn ñề chế biến ñể tận dụng các phụ phế
phẩm cần ñược quan tâm.


12

- Chi phí năng lượng riêng: 2,1 kWh/t.
- ðộ dài ñoạn thái: 30-150 mm.
Mẫu máy thái CT5 có nhiều ưu ñiểm: năng suất cao, chất lượng thái tốt,
bộ phận cấp liệu an toàn, các thông số làm việc phù hợp với ñiều kiện chế tạo
trong nước. Máy có nhược ñiểm là không thái ñược cỏ khô.
Máy thái cỏ của Công ty Cơ khí Nam Hồng (dạng trống có lô nén): máy
có bộ phận chính là trống tròn trên lắp 4 - 6 dao thẳng làm việc nguyên lý chặt
bổ nên gây ra xung ñộng lớn nên ñộ bền của các chi tiết cần ñược tính toán
kỹ, chi phí năng lượng cao ñiều ñó cũng một phần nâng giá thiết bị cao hơn so
với loại khác cùng năng suất (Hình 1.2a). Máy thái cỏ dạng trống (dao thẳng) Công ty Cơ khí Nam Hà chế tạo
(Hình 1.2b). Máy có năng suất 400 kg/giờ, với loại máy này chủ yếu thái cỏ
tươi do kết cấu dao thẳng lắp song song với trục máy nên khi làm việc gây ra
xung ñộng rất lớn ñiều ñó ảnh hưởng tới ñộ bền của các chi tiết, kết cấu máy
và chi phí năng lượng lớn hơn so với các máy cùng năng suất.
Hình 1.2a