ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
o0o
HOÀNG MẠNH CƯỜNG
THIẾT KẾ, THỬ NGHIỆM
MÁY BÓN PHÂN VIÊN NÉN DÚI SÂU
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
Mã số: 60520103
Thái Nguyên, 2013
Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ
khí
Tóm tắt
Phân bón viên nén sử dụng cho cây lúa đã được nghiên cứu từ những năm 1980
ở nhiều quốc gia, đem lại hiệu quả cao hơn cách bón phân truyền thống. Khảo sát
về nhu cầu sử dụng phân bón dạng viên nén cho cây lúa và máy bón phân viên nén
hiện nay ở Việt Nam cho thấy nhu cầu sử dụng máy bón phân viên nén là rất lớn.
Việc chế tạo máy bón phân viên nén theo các mẫu máy nước ngoài gặp khó khăn vì
không thể áp dụng công nghệ ép nhựa tiên tiến, giá thành cao; mẫu máy không phù
hợp với các dạng viên nén đang có trong nước.
Bốn mô hình cơ cấu cấp phân giống các mẫu máy của nước ngoài, bao gồm cơ
cấu cấp kiểu thìa múc, cơ cấu cấp kiểu kiểu đĩa múc, cơ cấu múc kiểu cam cần đẩy,
cơ cấu kiểu xích tải đã được chế tạo và tiến hành đánh giá thực nghiệm. Một cơ cấu
mới phù hợp hơn với khả năng chế tạo mà lại phù hợp hơn với các dạng viên đa
hình đang có trong nước đã được đề xuất, chế tạo và vận hành thử nghiệm cho kết
quả tốt.
Một máy bón phân viên nén hoàn chỉnh với cơ cấu cấp phân tự động, linh hoạt,
đơn giản, loại bỏ được gần như hoàn toàn hiện tượng viên phân kẹt và vỡ viên phân,
khoảng cách dải phân đồng đều, kết cấu máy đơn giản, dễ vận hành, dễ bảo dưỡng,
vật liệu chế tạo tại chỗ và rất sẵn ở Việt Nam; đã được thiết kế, chế tạo và vận hành
thử nghiệm thành công.

Canh tác, Khoa Đất-Môi trường thuộc Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội nghiên
cứu, sản xuất đã được sử dụng rộng rãi ở nhiều địa phương đưa lại hiệu quả kinh tế
cao.
Thực hiện: Hoàng Mạnh Cường 2
Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ
khí
1.2. Nguyên tắc sử dụng phân bón dạng viên nén
1.3. Thực trạng sử dụng phân bón viên nén
1.4. Nhu cầu cơ giới hóa bón phân viên nén
Nguyên tắc sử dụng phân viên nén dúi sâu cho cây lúa như đã giới thiệu trong
phần 1.2, yêu cầu là cứ cách 4 khóm lúa - cách nhau một khoảng (20 x 20) cm phải
có một viên phân nằm sâu dưới mặt ruộng từ 6-10 cm và cách nhau một khoảng cố
định 20 cm.
Như đã nêu ở phần trên, hiện nay phương pháp phổ biến nhất để bón phân viên
nén cho cây lúa vẫn là phương pháp thủ công “dúi phân” bằng tay. Sử dụng phương
pháp này, không chỉ người trồng lúa phải tiêu tốn rất nhiều sức lao động, thời gian
và chi phí sản xuất vì phải làm công việc giống như cấy lúa thêm lần thứ hai mà còn
làm cho việc nhân rộng mô hình sử dụng FDP cho cây lúa gặp rất nhiều khó khăn.
Vì vậy, để tiết kiệm thời gian, sức lao động, chi phí, cần thiết phải có máy bón phân
viên nén dúi sâu để giải phóng sức lao động, đem lại hiệu quả kinh tế cho người
trồng lúa.
Ở các quốc gia được nhận sự hỗ trợ của tổ chức IFDC, cùng với mô hình ứng
dụng phân viên nén FDP cho cây trồng là các hệ thống dây chuyền sản xuất phân
viên nén và những nghiên cứu thử nghiệm máy bón phân viên nén. Quốc gia đi đầu
trong số các nước đang phát triển đang triển khai các dự án nghiên cứu thử nghiệm
máy bón phân viên nén là Bangladesh, đặc biệt là các dự án này có được sự ủng hộ
từ chính phủ (Xem hình 1.5).
Thực hiện: Hoàng Mạnh Cường 3
Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ
khí

− Gây ra sự “tranh chấp” của các viên phân nén trong bộ phận cung cấp
phân làm cho phân bị kẹt, tắc và gây vỡ viên phân.
− Gây ra hiện tượng khoảng cách giữa các viên phân trong cùng một hàng
không đều do viên phân chuyển động không đều hoặc kẹt trong ống dẫn
phân từ bộ phận cung cấp đến rãnh rạch trên ruộng.
− Xảy ra tình trạng các viên phân tạo thành vòm trong thùng chứa do các
viên phân sắp xếp đan vào nhau rất chắc chắn, gây khó khăn cho việc tách
rời từng viên phân để cung cấp cho bộ phận bón phân.
Thực hiện: Hoàng Mạnh Cường 5
Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ
khí
Ở Việt Nam, trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội cũng đã triển khai các đề tài
nghiên cứu, thử nghiệm về máy bón phân viên nén dúi sâu (hình 1.8). Ngày
5/7/2012 Công ty cổ phần Công nghệ xanh Đại học Nông nghiệp Hà Nội cũng đã tổ
chức thử nghiệm máy bón phân viên nén (hình1.8) tại xã Liên Sơn- Bắc Giang [17].
Tuy nhiên, đến nay các máy này vẫn chưa đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật như đã
phân tích. Do vậy, đến nay vẫn chưa có máy bón phân viên nén thương mại nào đáp
ứng được yêu cầu trên thị trường Việt Nam.
Hình 1.8. Hai mẫu máy dúi phân nén của
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Tóm lại, lợi ích của việc bón phân dúi sâu là rất lớn. Tuy nhiên, cơ giới hóa cho
thao tác dúi phân lại là một vấn đề chưa được giải quyết trọn vẹn. Ở các nước phát
triển, việc dúi phân được thực hiện tự động, gắn liền với quá trình làm đất. Tuy
nhiên, ở các nước đang phát triển, diện tích canh tác còn nhỏ lẻ, việc triển khai sử
dụng viên nén dúi sâu gặp khó khăn ở chính khâu dúi phân vì đòi hỏi công sức
nhiều hơn bón phân vãi truyền thống. Nhu cầu sử dụng máy bón phân viên nén ở
các nước đang phát triển vì vậy rất cao. Tuy nhiên, cho đến nay, các tài liệu chuyên
khảo phục về tính toán, thế kế và chế tạo máy bón phân viên nén dúi sâu hầu như là
không có.
Xuất phát từ các tồn tại nêu trên, đề tài này được thực hiện nhằm tính toán,

3. Đã thiết kế, chế tạo, sản xuất và vận hành thử nghiệm một loại máy bón phân
viên nén đạt được các kết quả như sau:
− Hiện tượng viên phân “tranh chấp” trong bộ phận chứa dẫn đến hiện tượng
kẹt và vỡ viên phân hầu như không có.
− Khoảng cách giữa các viên phân trong một hàng đã được đảm bảo đều hơn.
− Không còn hiện tượng viên phân tạo thành vòm trong bộ phận chứa.
− Kết cấu máy đơn giản, dễ vận hành, dễ bảo dưỡng, vật liệu chế tạo tại chỗ và
rất sẵn ở Việt Nam.
4. Đã công bố được 01 bài báo trên tạp chí cấp quốc gia – tạp chí Công nghiệp
nông thôn, số 9/2013.
Thực hiện: Hoàng Mạnh Cường 7
Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ
khí
1.7. Cấu trúc của luận văn
Chương 2
THIẾT KẾ CẤU TRÚC
MÁY BÓN PHÂN VIÊN NÉN DÚI SÂU
2.1. Giới thiệu
Chương này giới thiệu các cơ sở và cách thức tiếp cận cho bài toán thiết kế máy
bón phân viên nén dúi sâu. Xuất phát từ những yêu cầu sử dụng thu thập được,
nhóm thiết kế tiến hành xác định các yêu cầu kỹ thuật cơ bản dùng làm mục tiêu
cho bài toán thiết kế. Các cơ cấu hiện đang sử dụng trên thế giới để tách cấp phân
và chuyển viên phân nén xuống dưới mặt ruộng được giới thiệu, phân tích để đưa ra
quyết định lựa chọn cho bài toán thiết kế. Một số thông số cơ học của đất và cách
tính toán lực cản của đất cũng được tóm tắt lại để tiện cho việc tham chiếu tính toán
lực đẩy máy khi vận hành.
Trước hết, việc xác định các yêu cầu kỹ thuật cơ bản của một máy bón phân
viên nén được trình bày trong phần 2.2. Phần 2.3, 2.4 giới thiệu, phân tích đặc điểm
của viên phân nén và các cơ cấu tách viên phân hiện có. Cơ sở tính toán lực đẩy cần
thiết cho máy được trình bày trong phần 2.5.

Thực hiện: Hoàng Mạnh Cường 9
1
3
2
Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ
khí
b. Có thể chấp nhận lỗi bón trùng (một vị trí có thể bỏ 2 viên), nhưng
không bỏ sót vị trí;
c. Máy cần gọn nhẹ để có thể dễ dàng quay đầu khi đến bờ ruộng và không
lún sâu khi vận hành;
d. Khi vận hành, máy không đè hỏng cây lúa đã cấy khi bón thúc;
e. Rẻ tiền;
f. Dễ lau chùi, bảo dưỡng, thay thế, sửa chữa.
2.2.3. Các yêu cầu kỹ thuật cho máy bón phân viên nén
Tiến hành phân tích đặc tính kỹ thuật các máy thương mại hiện có và các mô
hình thử nghiệm trong và ngoài nước, các chỉ tiêu kỹ thuật tương ứng sau đây đã
được đề xuất:
1) Máy có khối lượng kể cả phân viên nén không quá 10 kg nhằm đảm bảo khả
năng bê máy lên quay đầu khi đến bờ ruộng;
2) Bộ phận chia tách phân đảm bảo rời rạc hóa và cung cấp cho bộ phận dúi
sâu 01 viên phân nén cứ sau mỗi khoảng cách 18 cm dịch chuyển của máy;
Ta gọi thông số này là bước rải dọc;
3) Khi bón thúc cho lúa, máy chỉ di chuyển dọc theo các hàng lúa đã cấy.
Khoảng cách giữa các hàng phân được bón phải cách đều và lấy theo thông
số ruộng lúa thực tế. Gọi khoảng cách này là bước ngang;
4) Tỷ lệ bỏ sót các viên phân nén không quá 2%;
5) Xác suất kẹt các viên phân trong bộ phận tách phân không quá 1%;
6) Giá thành chế tạo không quá 5 triệu/ máy;
7) Các bộ phận không rỉ; dễ lau rửa;
8) Dễ chế tạo, lắp ráp và vận hành;

vật liệu thùng chứa.
- Hình dáng hình học
- Góc tự chảy: khi các viên phân nén được đổ lên một tấm phẳng qua một phễu
bằng nhựa, quá trình đổ từ từ cho đến khi tạo thành hình nón. Góc tự chảy
α
là góc
Thực hiện: Hoàng Mạnh Cường 11
Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ
khí
đổ tự nhiên của viên phân nén FDP. Công thức xác định góc tự chảy có thể viết:
d
h2
arctan
=
α
(2.1)
Trong đó: h là chiều cao từ tấm phẳng đến đỉnh nón (mm)
d là đường kính chân nón (mm).
Góc tự chảy của viên phân nén là một thông số rất quan trọng khi thiết kế bộ
phận chứa viên phân, nhằm đảm bảo khả năng các viên phân luôn chảy liên tục vào
cơ cấu cấp phân.
Để xác định góc tự chảy của các viên phân thông dụng hiện thời, tiến hành thí
nghiệm đổ từ từ các viên phân thành đống có kích thước đường kính và chiều cao
đống khác nhau. Tiến hành đo các kích thước và thống kê các kết quả như minh họa
trong bảng 2.1.
Bảng 2.1. Xác định góc tự chảy của viên phân nén
Lần thí
nghiệm
Chiều cao h (cm) Đường kính d (cm)
Góc

Bảng 2.2. Kết quả thí nghiệm xác định hệ số ma sát giữa viên phân nén và thép
Thí
nghiệm
Alpha (độ)
ϕ
tan
=
f
Thí
nghiệm
Alpha (độ)
ϕ
tan
=
f
1 29,7 0,569 10 30,0 0,577
2 28,9 0,552 11 30,6 0,591
3 29,9 0,574 12 30,1 0,581
4 29,9 0,574 13 29,3 0,561
5 28,7 0,547 14 29,1 0,556
6 31,2 0,605 15 29,9 0,574
7 28,5 0,542 16 31,8 0,620
8 31,3 0,608 17 31,8 0,620
9 30,0 0,577 18 31,3 0,609
Hệ số ma sát giữa viên phân nén và thép được lấy trung bình f = 0,58 để phục
vụ các bước tính toán, thử nghiệm sau này.
Bảng 2.3. Kết quả thí nghiệm xác định hệ số ma sát giữa viên phân nén và tấm mica
Thí
nghiệm
Alpha (độ)

- Tách rời từng viên phân ra khỏi thùng chứa một cách đều đặn và liên tục;
- Vận chuyển từng viên phân để cấp sang cho bộ phận bón phân.
Dưới đây sẽ khảo sát một số cơ cấu khả dĩ đáp ứng các yêu cầu chức năng trên. Để
đánh giá hiệu quả vận hành của từng cơ cấu, mỗi dạng cơ cấu đều được nhóm tác
giả chế tạo một mô hình thực để thử nghiệm. Các nội dung trình bày đều bao gồm
nguyên tắc hoạt động của cơ cấu – được tham khảo từ các tài liệu và phần đánh giá
thử nghiệm có được từ cơ cấu thử nghiệm tự chế tạo.
Các kiểu kết cấu tách và cấp phân được khảo sát bao gồm: cơ cấu cấp phân dạng
đĩa, cơ cấu cấp phân dạng thìa múc, cơ cấu cấp phân dạng cam, cơ cấu cấp phân
dạng vít me, cơ cấu cấp dạng băng tải, cơ cấu cấp phân dạng piston.
 Cơ cấu cấp phân dạng đĩa
Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của cơ cấu cấp phân dạng đĩa được trình bày trên hình 2.8.
Hình 2.8. Cơ cấu cấp phân dạng đĩa
1- thùng chứa phân, 2- chổi quét,
3- đĩa cấp phân, 4- ống dẫn
Thực hiện: Hoàng Mạnh Cường 14
Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ
khí
Với cơ cấu cấp phân dạng này, viên phân nén sẽ từ thùng chứa 1 sẽ rơi vào đĩa
cấp phân 2 nhờ trọng lượng của viên phân nén. Trong quá trình làm việc viên phân
nén sẽ rơi vào trong rãnh của đĩa cấp cho đến khi đĩa cấp quay đến cửa ra ở vị trí
ống dẫn và rơi xuống ống dẫn. Chổi quét 3 có tác dụng ngăn không cho phân bị kẹt
giữa thùng chứa 1 và đĩa cấp 2, đồng thời làm sạch vụn bám trên mặt đĩa cấp 2.
 Đánh giá
Hình 2.8 minh họa 2 dạng đĩa đã được chế tạo và thực nghiệm đánh giá chức
năng. Hình 2.8a là đĩa chế tạo theo đúng kết cấu gốc; hình b là đĩa được cải tiến để
tăng khả năng lấy phân và giảm kẹt cho viên phân, hình 2.8c minh họa thực nghiệm
kiểm tra khả năng chống kẹt viên phân nén.
a B c

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ
khí
Hình 2.11. Mô hình thực nghiệm cơ cấu cấp phân
dạng cam đẩy
Thực nghiệm cho thấy, viên phân được lấy ra từng viên rất dễ dàng. Thống kê
cho thấy tỷ lệ “nhặt được” viên phân ra khỏi buồng chứa rất cao, đạt trên 96%.
Giả sử máy được di chuyển với tốc độ của người đi bộ (4 km/h, tương đương
66 m/ph), với khoảng cách rải phân 20 cm, thì mỗi phút cam cần quay được 330
vòng. Để thực hiện điều này, cam phải quay rất nhanh; đồng thời cần bộ truyền có
tỷ số truyền lớn (để tăng tốc từ trục chính đến trục cam), làm tăng tính phức tạp của
máy, dẫn đến khối lượng và giá thành máy cao. Ngoài ra, khi vận tốc và gia tốc cam
lớn gây ra hiện tượng rung động mạnh dẫn đến viên phân bị rơi khỏi cần đẩy, dẫn
đến hiện tượng thiếu viên cấp cho cơ cấu bón, gây hiện tượng bỏ sót viên khi bón.
 Cơ cấu cấp phân dạng thìa múc
Nguyên lý hoạt động: Nguyên lý hoạt động của cơ cấu cấp phân dạng thìa múc
được minh họa trên hình 2.12.
(a)
(b)
Hình 2.12. (a) Nguyên lý cơ cấu cấp phân dạng thìa múc;
1 - thùng chứa phân, 2 – tấm ngăn, 3 - đĩa cấp gắn thìa
(b) Đĩa gắn thìa múc;
Thực hiện: Hoàng Mạnh Cường 17
Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ
khí
Trên hình 2.12, đĩa số 3 có gắn các thìa múc có lòng trũng vừa đủ để chứa chỉ 1
viên phân nén. Các viên nén được chứa trong thùng chứa 1 được dẫn hướng để chảy
dần vào vị trí có thìa múc - máng dẫn có phương tiếp tuyến với đĩa chứa thìa múc.
Đĩa số 3 quay (ngược chiều kim đồng hồ trên hình 2.12) sẽ lần lượt giúp từng thìa
“nhặt” viên phân, kéo và thả viên đó sang bộ phận dẫn đến cơ cấu bón phân.
Cơ cấu cấp phân dạng thìa múc đã được sử dụng trên máy thử nghiệm của

 Đánh giá
Hình 2.15 minh họa ảnh chụp cơ cấu cấp phân dùng gầu tải gắn trên xích đã được
chế tạo và thực nghiệm. Cơ cấu tương tự nhưng sử dụng băng tải cũng được chế tạo
và thử nghiệm. Hình 2.16 minh họa cơ cấu này.
Thực hiện: Hoàng Mạnh Cường 19
Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ
khí
Hình 2.15. Cơ cấu tách phân bằng gầu tải trên xích và
thực nghiệm đánh giá
Hình 2.16. Mô hình thực nghiệm cơ cấu cấp phân
dùng gầu tải gắn trên băng tải
Cơ cấu cấp phân xích gắn gầu múc hiện tượng kẹt, tạo vòm viên phân đã được
cải thiện nhưng kết cấu khá phức tạp.
Tuy nhiên, máy vẫn còn hiện tượng kẹt, hay bị dúi sót khi vận tốc đĩa xích lớn,
không đều. Đĩa xích yêu cầu phải quay chậm, ổn định, tránh rung động làm hạt rơi
khỏi đĩa trước khi lên đến đỉnh. Kết cấu bộ phận cung cấp khá phức tạp do cần
Thực hiện: Hoàng Mạnh Cường 20
Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ
khí
khống chế lượng viên phân trong khoang chờ múc. Điều chỉnh khoảng cách dúi
phân không linh hoạt do điều chỉnh khoảng cách dúi bằng cách thay đổi tốc độ đĩa
xích, hay thay đổi số lượng gầu múc.
Cơ cấu cấp phân dạng băng tải có thể múc theo phương thẳng đứng (hình
2.14a), phương nằm ngang (hình 2.14b) hoặc phương nghiêng (hình 2.14c). Dạng
kết cấu này khá đơn giản và hiệu quả làm việc tương tự với cơ cấu cấp phân dạng
thìa múc. Cơ cấu cấp phân dạng này đòi hỏi phải có cơ cấu điều chỉnh quả lô để
băng tải luôn giữ được phương chuyển động.
 Cơ cấu cấp phân kết hợp dạng đĩa và thìa múc
Nguyên lý hoạt động: Cơ cấu cấp phân dạng kết hợp (hình 2.17) nhằm khắc phục
vấn đề về bỏ xót, kẹt phân khi tốc độ và gia tốc của đĩa múc cơ cấu cấp phân dạng

Nguyên lý hoạt động của cơ cấu cấp phân kiểu Vit me được minh họa trên
hình 2.19.
Hình 2.19: Cơ cấu cấp phân dạng Vít me
1 - thùng chứa phân, 2 – cơ cấu Vít me,
3 - ống dẫn
Cơ cấu cấp phân kiểu Vít me có kết cấu khá phức tạp gồm có: thùng chứa viên
phân nén 1, cụm cơ cấu Vít me 2 và ống dẫn viên phân 3 (hình 2.19). Về nguyên lý
hoạt động của cơ cấu này cũng gần tương tự với cơ cấp cấp dạng đĩa, viên phân nén
rơi vào rãnh xoắn nhờ trọng lượng viên phân.
 Đánh giá
So với cơ cấu cấp dạng đĩa thì cơ cấu này cơ bản không còn hiện tượng viên
phân tạo vòm trong thùng chứa do kết cấu của thùng chứa gồm các vách thẳng
đứng. Hiện tượng viên phân nén “tranh chấp” nhau lọt vào khe xoắn vẫn xảy ra dẫn
đến kẹt, vỡ viên phân, đặc biệt là viên phân bị ẩm.
So với cơ cấu cấp kiểu đĩa, cơ cấu cấp kiểu Cam đẩy thì cơ cấu cấp phân dạng
Vít me làm việc tốt hơn và ổn định hơn.
 Cơ cấu cấp phân kiểu piston
Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của cơ cấu cấp phân kiểu piston được trình bày trên hình
2.20.
Thực hiện: Hoàng Mạnh Cường 23
Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ
khí
Hình 2.20. Cơ cấu cấp phân kiểu piston
1-thùng chứa viên phân, 2-van cấp phân,
3-ống dẫn viên phân, 4-Piston
Cơ cấu cấp phân kiểu piston gồm: thùng chứa viên phân nén 1, van cấp phân 2,
ống dẫn phân 3 và cụm piston 4. Khi làm việc, phân từ thùng chứa phân 1 đi qua
van cấp 2 và được xếp thành hàng trong ống dẫn 3. Cụm piston 4 làm nhiệm vụ dúi
trực tiếp viên phân xuống ruộng.