Đồ án thiết kế máy tuốt lúa chạy điện - Sinh viên Bùi Ngọc Hà, Đại học Nha Trang

Dưới đây là meta tags cho bài viết "Thiết kế máy tuốt lúa chạy điện phục vụ nông dân Khánh Hòa": { "ai_description": "Thiết kế máy tuốt lúa chạy điện hiệu

• Tác giả: Bùi Ngọc Hà
• Người hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Văn Ba
• Trường học: Trường Đại học Nha Trang
• Chuyên ngành: Chế tạo máy
• Đề tài: Thiết kế máy tuốt lúa chạy điện phục vụ nông dân khu vực miền núi Khánh Hoà
• Loại tài liệu: Đề tài tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2007
• Địa điểm: Nha Trang

Tóm tắt

I. Tổng quan về đồ án thiết kế máy tuốt lúa chạy điện

Đồ án thiết kế máy tuốt lúa chạy điện phục vụ nông dân khu vực miền núi Khánh Hoà là đề tài mang tính thực tiễn cao. Dự án hướng đến cơ giới hóa khâu đập lúa tại vùng nông thôn miền Trung. Máy sử dụng động cơ điện làm nguồn năng lượng chính, thay thế sức lao động thủ công truyền thống. Khánh Hoà có hai vụ lúa chính: hè thu và đông xuân. Vụ hè thu gặp khó khăn do mưa nhiều, độ ẩm cao. Vụ đông xuân thuận lợi hơn với thời tiết hanh khô. Đồ án bao gồm nghiên cứu thực trạng, thiết kế kỹ thuật, lập quy trình chế tạo và hướng dẫn sử dụng. Mục tiêu giúp nông dân nâng cao năng suất, giảm chi phí sản xuất. Dự án do sinh viên Khoa Cơ khí Trường Đại học Thuỷ sản thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Văn Ba. Đồ án hoàn thành năm 2007, đặt nền tảng cho ứng dụng cơ giới hóa nông nghiệp tại địa phương.

1.1. Thực trạng canh tác nông nghiệp tại Khánh Hoà

Phương thức canh tác tại Khánh Hoà còn nhiều hạn chế. Nông dân chủ yếu sử dụng công cụ thô sơ và lao động thủ công. Kỹ thuật nông học phát triển đã tạo ra nhiều giống lúa mới cho năng suất cao. Tuy nhiên, khâu thu hoạch và đập lúa chưa được cơ giới hóa đầy đủ. Điều này gây lãng phí thời gian và nhân lực. Nhu cầu đưa máy móc vào sản xuất nông nghiệp ngày càng cấp thiết. Máy tuốt lúa chạy điện là giải pháp phù hợp cho điều kiện địa phương.

1.2. Đặc điểm khí hậu ảnh hưởng đến thu hoạch lúa

Khí hậu Khánh Hoà có hai mùa rõ rệt tác động lớn đến sản xuất lúa. Vụ hè thu từ tháng 6 đến tháng 8 có lượng mưa lớn, ruộng thường ngập nước. Độ ẩm thân cây và hạt lúa cao gây khó khăn cho việc tuốt và phơi khô. Vụ đông xuân từ tháng 12 đến tháng 2 thời tiết hanh khô, ruộng ráo nước. Độ ẩm thấp giúp việc thu hoạch thuận lợi hơn. Thiết kế máy cần tính đến điều kiện làm việc khác nhau giữa hai vụ mùa để đảm bảo hiệu quả tối ưu.

II. Phân tích yêu cầu kỹ thuật và vấn đề cơ giới hóa

Yêu cầu kỹ thuật đối với máy tuốt lúa chạy điện cần đáp ứng nhiều tiêu chí. Máy phải hoạt động ổn định trong điều kiện độ ẩm cao và bụi bẩn. Công suất động cơ điện cần đủ mạnh để tuốt lúa hiệu quả. Hệ thống truyền động phải truyền momen xoắn từ động cơ đến bộ phận tuốt. Bộ truyền đai thang được sử dụng để giảm tốc và tăng momen. Tỉ số truyền cần đạt khoảng 2,1 để đảm bảo vòng quay phù hợp. Bánh răng trung gian truyền động đến trục tuốt phải chịu được tải trọng và mài mòn. Vật liệu chế tạo bánh răng thường dùng thép C55 thường hoá. Kích thước các chi tiết phải tuân thủ tiêu chuẩn để dễ thay thế sửa chữa. Quá trình thiết kế bao gồm tính toán công suất, chọn động cơ, thiết kế truyền động và kiểm nghiệm độ bền. Các thông số kỹ thuật phải được xác định chính xác để máy vận hành an toàn và hiệu quả.

2.1. Tính toán chọn động cơ và hệ thống truyền động

Động cơ điện là nguồn năng lượng chính của máy tuốt lúa. Công suất động cơ được xác định dựa trên tải trọng làm việc và hiệu suất truyền động. Hệ thống truyền động sử dụng bộ truyền đai thang loại O. Bánh đai dẫn có đường kính D1 bằng 70mm, bánh đai driven D2 bằng 140mm. Vận tốc đai được kiểm nghiệm không vượt quá 25-30 m/s. Tỉ số truyền thực tế đạt 97% so với thiết kế, sai số 3% nằm trong giới hạn cho phép. Số vòng quay trục bị dẫn khoảng 1396 vòng/phút.

2.2. Thiết kế và chế tạo bánh răng truyền động

Bánh răng trong máy tuốt lúa có chức năng truyền động trung gian. Cặp bánh răng nằm ở cơ cấu truyền động, làm việc với số vòng quay trung bình. Điều kiện làm việc phức tạp với bụi, nước và ảnh hưởng thời tiết. Vật liệu thép C55 thường hoá được chọn cho độ bền và chống mòn cao. Phương pháp chế tạo sử dụng phôi dập trên máy búa dập đứng để tiết kiệm vật liệu. Quy trình gia công bao gồm tiện mặt đầu, tiện trụ ngoài với máy tiện T616 công suất 4,5 Kw.

III. Giải pháp thiết kế và quy trình chế tạo máy tuốt lúa

Giải pháp thiết kế máy tuốt lúa chạy điện tập trung vào tính thực tiễn và hiệu quả. Máy được cấu thành từ nhiều bộ phận chính: khung máy, bộ phận tuốt, hệ thống truyền động và hệ thống điện. Thiết kế kỹ thuật chi tiết từng cụm để đảm bảo tính đồng bộ. Quy trình chế tạo chi tiết điển hình được lập dựa trên điều kiện sản xuất tại xưởng. Các nguyên công gia công được sắp xếp hợp lý để tối ưu hóa thời gian. Bộ truyền đai thang sử dụng đai loại O với tiết diện 47mm². Bánh đai được chọn theo tiêu chuẩn để đảm bảo tính lắp lẫn khi sửa chữa. Bánh răng chế tạo từ phôi dập, gia công trên máy tiện T616. Đồ gá và dụng cụ cắt được thiết kế phù hợp cho từng nguyên công. Kiểm tra chất lượng được thực hiện sau mỗi bước gia công. Hướng dẫn lắp ráp và sử dụng giúp nông dân vận hành máy dễ dàng. Sơ bộ hoạch toán giá thành đánh giá tính kinh tế của dự án.

3.1. Thiết kế bộ truyền đai thang và bánh đai

Bộ truyền đai thang loại O được chọn cho hệ thống giảm tốc. Bánh đai dẫn D1 đường kính 70mm, bánh đai driven D2 đường kính 140mm. Các thông số đai: chiều rộng b=10mm, chiều rộng đáy bc=8,5mm, chiều cao h=6mm. Diện tích tiết diện đai F=47mm². Vận tốc đai được tính theo công thức V=πD1n1/60000 và kiểm nghiệm nhỏ hơn 30 m/s. Hệ số trượt ξ=0,02 được tính vào tỉ số truyền thực tế. Bánh đai chọn theo tiêu chuẩn để đảm bảo thay thế nhanh chóng.

3.2. Quy trình công nghệ chế tạo bánh răng

Quy trình chế tạo bánh răng bắt đầu bằng chọn phôi dập từ thép C55. Nguyên công thứ nhất là tiện mặt đầu và tiện mặt trụ ngoài Ø75mm. Máy công nghệ sử dụng là máy tiện T616 hạng trung độ chính xác cấp 2. Đường kính lớn nhất phôi Ø320mm, khoảng cách hai mũi tâm 750mm. Số cấp vòng quay trục chính Z=12, công suất động cơ 4,5 Kw. Đồ gá và dụng cụ cắt được thiết kế riêng cho từng bề mặt gia công. Kiểm tra kích thước bằng panme và thước đo sau mỗi nguyên công.

IV. Kết luận và ứng dụng máy tuốt lúa chạy điện thực tế

Đồ án thiết kế máy tuốt lúa chạy điện đã hoàn thành các mục tiêu đề ra. Máy đáp ứng yêu cầu cơ giới hóa khâu đập lúa cho nông dân miền núi Khánh Hoà. Thiết kế đảm bảo tính kỹ thuật và khả năng chế tạo tại xưởng địa phương. Hệ thống truyền động hoạt động ổn định với tỉ số truyền phù hợp. Bánh răng và bánh đai được tính toán kỹ lưỡng cho độ bền cao. Giá thành sản xuất hợp lý, phù hợp với điều kiện kinh tế nông thôn. Máy có thể ứng dụng rộng rãi tại các huyện miền núi Khánh Hoà. Dự án là cơ sở để phát triển thêm các loại máy nông nghiệp khác. Kết quả đồ án đóng góp vào mục tiêu công nghiệp hóa nông nghiệp của Đảng và Nhà nước. Đề tài cũng là kinh nghiệm quý báu cho sinh viên chế tạo máy trong lĩnh vực thiết kế máy công tác. Những cải tiến tiếp theo có thể nâng cao công suất và giảm trọng lượng máy.

4.1. Ứng dụng thực tế tại khu vực miền núi Khánh Hoà

Máy tuốt lúa chạy điện phù hợp với điều kiện sản xuất tại miền núi Khánh Hoà. Nông dân có thể sử dụng máy thay thế phương pháp đập thủ công truyền thống. Máy hoạt động bằng nguồn điện lưới hoặc máy phát điện nhỏ. Thời gian tuốt lúa giảm đáng kể so với lao động thủ công. Năng suất tăng giúp nông dân thu hoạch kịp vụ, tránh tổn thất do mưa bão. Chi phí đầu tư ban đầu hợp lý, thời gian hoàn vốn nhanh. Máy dễ vận hành và bảo dưỡng tại chỗ.

4.2. Hướng phát triển và cải tiến máy trong tương lai

Máy tuốt lúa chạy điện có nhiều hướng cải tiến trong tương lai. Công suất động cơ có thể tăng để phù hợp với diện tích canh tác lớn hơn. Hệ thống truyền động được tối ưu hóa để giảm tổn hao năng lượng. Vật liệu chế tạo có thể thay bằng hợp kim nhẹ hơn nhưng bền hơn. Thiết kế module giúp dễ dàng tháo lắp và vận chuyển. Tích hợp thêm bộ phận sàng lọc để tách hạt ngay sau khi tuốt. Áp dụng công nghệ điều khiển điện tử để tự động hóa quá trình vận hành.

Trích đoạn nội dung tài liệu

mở đầu của giai đoạn sau. Do chỉ số vòng quay cao, tính chất thời vụ khẩn trương, yêu cầu phải nhanh chóng giải phóng đồng ruộngchuẩn bị bước vào vụ sau nên -6- máy thu hoạch phải có năng suất cao nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế của quá trình sản xuất. Tạo dáng mỹ thuật công nghiệp hài hoà đẹp mắt. Năng suất và chất lượng làm việccủa máy là quan trọng nhưng ngoại hình của máy cũng cần được chú ý, cố gắng tạo dáng mỹ thuật công nghiệp, làm cho các bộ phận có kết cấu hài hoà hợp lý.

Chỉ tiêu quan trọng được xét khi đập lúa.  Độ sót hạt trên bông (lúa còn dính trên bông); độ sót không quá 1%.  Độ hạt theo rơm, tức là các hạt lúa đã được tách ra khỏi gié nhưng lại theo rơm bay ra ngoài, không thu nhân được, độ hạt theo rơm không được quá 0,5%.  Theo cảm tính của mình, bà con chấp nhận hay không chấp nhận độ sót và độ hạt theo rơm khi quan sát từ của ra của máy đập.

 Độ vỡ hạt khi đập lúa được xem như hạt vỡ mà chúng ta nhìn thấy được, hạt gạo được bóc khỏi vỏdù là hạt gạo nguyên, không bị gãy cũng bị coi là vỡ hạt. Trong thực tế người ta yêu cầu hạt vỡ càng ít càng tốt. Đặc biệt là lực làm bóc vỏ trấu nhỏ hơn lực làm gãy hạt, do đó bà con thường quan tâm đến độ bóc vỏ trấu (ra gạo).  Độ sạch của hổn hợp ở phần ra của máy đập được đánh giá bởi tỷ lệ của những tạp chất còn lẫn vào khối hạt sau khi đã qua sàng.

-7- CHƯƠNG 2 CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ Do điều kiện sinh trưởng của cây lúa nước, với diện tích thửa ruộng nhỏ, việc thu hoạch rất khó khăn. Các gia đình nông dân đều phải căn cứ vào điều kiện của gia đình mình để tìm cách thu hoạchvà để dễ dàng nghiên cứa một hệ thống máy tuốt và thu hoạch lúa nước, chúng ta phải xem xét các phương pháp thu hoạch lua nước hiện nay. Phương pháp thu hoạch một giai đoạn: Phương pháp thu hoạch một giai đoạn là phương pháp hiên đại, tiên tiến. Thường người ta sử dụng máy gặt đập liên hợp.

Máy gặt đập liên hợp trên đường đi của nó sẽ thực hiện trên cùng một lúc các công việc.  Gặt lúa gom ngay vào bàn cắt, đưa trực tiếp vào bàn đập.  Đập lúa và làm sạch sơ bộ hỗn hợp hạt.  Hỗn hợp hạt đươc chứa vào thùng chứa trên máy.

 Rơm đưa ra được rãi thành hàng trên đường.  Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp này là.  Ưu điểm: + Rút ngắn được thời gian thu hoạch. + Làm giảm mất mát hạt ơ khâu gom tới khâu đập.

+ Không bị đe doạ bởi trời mưa giữa khâu cắt và khâu đập. + Năng suất rất cao (5000-6000)m2/h Tuy có nhiều ưu điểm như vậy nhưng nó lại có những nhươc điểm không thích hợp cho cây lúa nước ở Việt Nam: + Khối lượng máy rất nặng (trên 10 tấn). + Máy có cấu trúc phức tạp, cồng kềnh. + Đòi hỏi lúa phải chín đều.

+ Máy chỉ làm việc được ở những đồng ruộng khô, cứng, diện tích thửa ruộng phải lớn. Phương pháp thu hoạch hai giai đoạn.  Giai đoạn thứ nhất : Gặt tay hoặc dùng máy gặt để gặt lúa, bó lại từng bó và xếp thành từng đống.  Giai đoạn hai: Sử dụng máy vò lúa để tách và làm sạch hạt ngay tại ruộng.

 Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp.  Ưu điểm: + Nâng cao sản lượng thu hoạch. + Năng suất khá cao từ ( 1500- 2000)m2/h + Độ dụng hạt:( 1-2)%. + Số người phục vụ máy mỗi người đứng một máy.

 Nhược điểm: + Tổn thất do mất mát hạt ở khâu gom. + Tốc độ thu hoạch vẫn còn chậm so với phương pháp một giai đoạn. + Thời gian thu hoạch kéo dài làm hạt chín dụng nhiều. + Cần nhiều nhân công cho khâu gom và khâu vò.

+ Lúa phải cắt sát bông để dễ dàng cho quá trình vò. + Không tận dụng được tối đa sản phẩm phụ là rơm. + Máy vò chỉ làm việc được ở những đồng ruộng khô, cứng và có diện tích lớn. Phương pháp thu hoạch nhiều giai đoạn.

 Giai đoạn thứ nhất: Gặt tay hoặc dùng máy gặt để gặt lúa, bó lại từng bó nhỏ rồi xếp lại thành từng đống.  Giai đoạn thứ hai: Vận chuyển khối lúa về nhà, sử dụng máy tuốt hoặc máy vò để tách và làm sạch hạt.  Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp.  Ưu điểm: + Tận dụng nguồn nhân lực dồi dào ở nông thôn.

+ Chi phí cho vụ mùa thấp. + Công cụ phục vụ cho vụ thu hoạch đơn giản, dễ sử dụng. -9- + Tận dụng tối đa được sản phẩm phụ là rơm. + Phù hợp với cả ruộng khô và lầy lụt, làm việc ngay khi cả trời mưa và ban đêm.

+ Không phải tốn thời gian vận chuyển máy.  Nhược điểm: + Tổn thất do mất mát hạt (hạt dụng) ở khâu cắt, khâu gom và khâu vận chuyển lên tới 2% hoặc hơn 2%. + Tốc độ thu hoạch chậm, thời giam kéo dài, hạt chín dụng nhiều. + Năng xuất lao động thấp.

+ Sản lượng thu hoạch không cao. + Thời vụ căng thẳng, đòi hỏi nhiều nhân lực. Lựa chọn phương án thiết kế. Như chúng ta đã biết đối với khu vực nông thôn miền núi Khánh Hoà nơi có trình độ thâm canh chưa cao, đồnh ruộng chưa được cải thiện nhiều, nên những cánh đồng ở đây chủ yếu là ruộng bậc thang, nhiều bờ vùng bờ thửa, diện tích thửa ruộng là tương đối nhỏ.

Khó khăn thứ haỉ ở đây là do là địa bàn miền núi nên giao thông chưa thuận tiện, đường xá gồ gề, chật hẹo gây khó khăn cho việc di chuyển máy. Ở các vùng nông thôn Việt Nam nói chung và nông thôn khu vực miền núi Khánh Hoà hiện nay thường sử dụng phần lớn là máy vò và máy tuốt chạy điện để tách và làm sạch hạt.  Đối với máy vò: + Đòi hỏi diện tích nơi làm việc phải có diện tích lớn nên thường hay được sử dụng ngay tại đồng ruộng có diện tích lớn. + Máy có kích thước khá lớn nên cồng kềnh , việc vận chuyển máy ra đồng gặp nhiều khó khăn.

+ Có cấu tạo phức tạp, giá thành cao không phù hợp với điều kiện kinh tế hay chi phí bỏ ra của mỗi gia đình khi mà diện tích ruộng của moi gia đinh chỉ là 3-7 xào. - 10 -  Đối với máy tuốt chạy điện: + Không đòi hỏi diện tích nơi làm việc phải lớn nên có thể sử dụng ngay tai nhà. + Máy có kích thước rất gọn nhẹ, dễ di chuyển trong điều kiện giao thông nông thôn. + Cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ phù hợp với kinh tế của từng gia đình.

+ Máy có cấu tạo đơn giản, sử dụng dễ dàng, rất an toàn khi làm viêc mà vẫn đáp ứng năng xuất cao. + Có thể sử dụng được tối đa sản phẩm phụ khi sử dụng máy tuốt: Rơm dùng để đành tranh lợp nhà , nuôi trâu … Từ những đặc điểm phân tích ở trên và ưu nhược điểm của từng phương pháp thu hoạch lúa. Em thấy phương pháp thu hoạch lúa nhiều giai đoạn là thích hợp nhất cho các vụ mùa thu hoạch ở khu vực nông thôn miền núi Khánh Hoà. Nên em quyết định chọn phương án thu hoạch nhiều giai đoạn để thiết kế máy Tuốt lúa chạy điện.

- 11 - CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CHO MÁY 3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy tuốt lúa: 3. 1 động cơ điện, 2 bộ truyền động đai, 3 bộ truyền động bánh răng trụ răng thẳng, 4 guồng tuốt, 4 răng tuốt, 5 mặt bích guồng tuốt, 6 tấm kê để cấp liệu, 7 khung máy, 8 gối đỡ 3. Nguyên lý hoạt động.

Lúa được đưabằng tay lên tấm cấp liệu 6 để tuốt, guồng tuốt quay nhờ động cơ điện 1 và hệ thống truyền chuyển động gồm bộ truyền động đai 2 và bộ truyền động bánh răng trụ răng thẳng. Guồng tuốt quay tạo lực tuốt để bứt hạt thóc ra khỏi gié lúa. Cơ sở tính toán động lực học cho phần tuốt của máy. Tính toán động lực học lực tuốt cho máy: Tính lực cắt thái: Trên thực tế không có một tài liệu nào đưa ra công thức tính lực cắt thái, hay một số liệu cụ thể để cắt đứt một khối vật liệu thức ăn rơm, rau, cỏ với một thiết diện cho trước.

Vì vậy để tìm ra được số liệu cụ thể về lực cắt thái ta tiến hành một thí nghiệm thực tế như sau: Thí nghiệm xác định lực tuốt: Dụng cụ:  -Vật thử: Những bó lúa có khối lượng khác nhau có khối lượng tăng dần: 0,5kg; 0,75kg; 1kg; 1,5kg; 2kg; 2,5kg,…  Xét cho một người đứng máy  Guồng tuốt quay một vòng  Người đứng máy cầm một bó lúa để cấp cho may - 12 -  Tính toán lực cắt thí nghiệm: Như ta đã biết, ta tính công thức tính công: A=P.1) Áp dụng công thức (3.5) vào thí nghiệm ta có: A – Công tuốt khối nguyên liệu (J) P – Lực tuốt khối nguyên liệu (N) s – Là quãng đường mà các răng đã di chuyển khối nguyên liệu (m)  Lấy điểm mốc là điểm mà bó lúa tiếp xúc với các răng của guồng tuốt, khi vật thử có khối lượng m=1,5kg ở độ cao h=1m so với điểm mà bó lúa tiếp súc với các răng của guống tuốt, thì: +Thế năng: Wto=m.2) +Động năng: Wđo=0 (J)  Sau khi rơi tự, chạm vào các răng của guống tuốt thì: +Thế năng: Wt1=0 (J) +Động năng: Wđ1=Wto=m.h (J)  Sau va chạm: +Vật thử: Wđ2=0 + Các răng tuốt: W’đ2 Theo định luật bảo toàn động năng: W’đ1+Wđ1=W’đ2+Wđ2 => W’đ2=Wđ1=m.h (J) Động năng Wđ2 làm guồng tuốt chuyển động trong khối nguyên liệu và khi đó nó trở thành công để bứt các hạt lúa ra khỏi gié lúa trong cả bó: Atuốt=W’đ2= m.h (J) Theo công thức (3.3): Ptuốt= =8,1 (N) 0,6 Tuy nhiên thực tế thì guồng tuốt chuyển động tách các hạt lúa ra khỏi bó nguyên liệu sau một thời gian làm việc các răng sẽ bị mòn làm cho lực tuốt tăng lên. Mặt khác, tuỳ theo từng bó lúa to hay nhỏ khi tuốt khác nhau nên làm cho lực cắt cũng tăng lên. Như vậy, trong thực tế lực tuốt nguyên liệu sẽ lớn hơn nhiều so với lực tuốt lý thuyết. Nên khi tính toán thực tế ta phải nhân lực tuốt lý thuyết với hệ số làm tăng lực: Ptt=K.