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

• 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

-1- LỜI NÓI ĐẦU Nước ta đang trong thời kì công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước. Một trong những chủ trương của Đảng ta hiện nay là công nghiệp hoá nông nghiệp, đưa máy móc thiết bị vào phục vụ nông nghiệp, nhằm nâng cao năng suất và giảm nhẹ sức lao động cho người nông dân. Trước tình hình đó Khoa Cơ khí trường Đại học Thuỷ sản, cụ thể là bộ môn Chế tạo máy đã đưa ra một số đề tài yêu cầu thiết kế một số máy công tác phục vụ nông nghiệp. Đây cũng là cơ hội tốt cho sinh viên chế tạo máy sắp tốt nghiệp tổng hợp lại tất cả kiến thức đã học ở trường Đại học và làm quen với công việc của một kĩ sư chế tạo máy trong lĩnh vực thiết kế chế taọ máy công tác. Tôi được Bộ môn Chế tạo máy – Khoa Cơ khí - Trường Đại học Thuỷ sản giao phó thực hiện Đề tài tốt nghiệp “Thiết kế máy tuốt lúa chạy điện phục vụ nông dân khu vực miền núi Khánh Hoà ”. Đề tài gồm các nội dung sau: 1. Tìm hiểu về thực trạng sản xuất nông nghiệp ở nông thôn Khánh Hoà và yêu cầu cơ giới hoá đối với khâu đập lúa. Nghiên cứa chọn phương án. Thiết kế kĩ thuật máy tuốt lúa. Lập quy trình chế tạo chi tiết điển hình. Hướng dẫn lắp ráp và sử dụng. Sơ bộ hoạch toán giá thành. Kết luận và đề suất. Trong thời gian thực hiện đề tài, tôi đã cố gắng học hỏi, tìm hiểu tài liệu tham khảo, khảo sát thực tế và sự giúp đỡ của thầy giáo hướng dẫn, đến nay đề tài đã được hoàn thành. Nhưng do năng lực và sự hiểu biết còn hạn chế, nên nội dung của đề tài không thể tránh khỏi thiếu sót. Tôi rất mong được sự góp ý và chỉ bảo chân thành của thầy cô giáo và các bạn sinh viên để cho đề tài càng hoàn thiện hơn. -2- LỜI CÁM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Bộ môn chế tạo máy, khoa Cơ khí, Trường Đại học Nha Trang đã giao phó cho tôi đề tài mang tính thực tiễn cao này. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Nguyễn Văn Ba đã bỏ nhiều thời gian quý giá của thầy để tận tình giúp đỡ và hướng dẫn tôi thực hiện thành công đề tài này. Nha Trang, tháng 10 năm 2007 Sinh viên thực hiện Bùi Ngọc Hà -3- CHƯƠNG 1 TÌM HIỂU VỀ THỰC TRẠNG SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP Ở NÔNG THÔN KHÁNH HOÀ VÀ YÊU CẦU CƠ GIỚI HOÁ ĐỐI VỚI KHÂU ĐẬP LÚA 1.Tổng quan về thực trạng sản xuất nông nghiệp ở Khánh Hoà 1. Đặc điểm về canh tác Ở Miền Trung nói chung và Khánh Hoà nói riêng chế độ canh tác còn tương đối lạc hậu.Chủ yếu là thủ công và dụng cụ thô sơ.Hiện nay kỹ thuật nông học đang phát triển nên đã lai tạo nhiều giống lúa tốt cho năng suất cao.Vì vậy cần phải cơ giới hoá để đáp ứng nhu cầu sản xuất. Đặc điểm về khí hậu Thời gian thu hoạch lúa ở vung Duyên Hải Miền Trung nói chung và Khánh Hoà nói riêng có hai vụ chính Hè _Thu và Đông_Xuân. Vụ hè thu từ tháng 6 tới tháng 8 là những tháng có lượng mưa nhiều trong năm, ruộng thường gập nước,độ ẩm trung bình cao, do đó độ ẩm thân cây và hạt cao, nên việc thu hoạch trên đồng ruộng gặp nhiều khó khăn và khó khăn trong việc cơ giới hoá Vụ đông xuân thu hoạch vào tháng 12 đến tháng 2, lượng mưa giảm đáng kể, hầu như thời tiết hanh khô hoàn toàn, ruộng khô, độ ẩm than cây và hạt thấp.Thời tiết lúc này thuận tiện cho việc thu hoạch nhất là việc cơ giới hoá.Đặc điểm địa hình và đồng ruộng Đối với đồng bằng trung du ở Miền Trung nơi có trình độ thâm canh chưa cao, đồng ruộng chưa được cải tạo nhiều, nên những cánh đồng chủ yếu ở đay là ruộng bậc thang, nhiều bờ vùng bờ thửa, diện tích thửa ruộng là tương đối nhỏ. Vì vậy rất khó cho việc hoạt động và nâng cao hiệu suất của máy.Khó khăn thứ hai ở đây là địa bàn nông thôn nên giao thông chưa thuận tiện, đường sá còn hẹp, việc di chuyển máy từ thửa này sang thửa khác và từ cánh đồng này sang cánh đồng khác gặp nhiều khó khăn. Hơn nữa trình -4- độ thâm canh còn hạn chế, lúa gieo thẳng chiếm đại bộ phận, độ bằng phẳng từng lô thửa kém cũng ảnh hưởng không nhỏ đến hoạt động của máy. Đặc điểm về cây trồng Hiện nay, kỹ thuật nông học càng phát triển, các giống lúa mới được lai tạo ngày càng nhiều, các giống lúa phổ biến trong sản xuất phần lớn là các giống lúa ngắn ngày, mật độ gieo cấy khá dày, năng suất lúa cũng tăng lên đáng kể. Các giống lúa này có thân cây thấp và cứng, chiều cao tự nhiên dưới 65 em, chiều dài cây dưới 1m, đường kính cây to hơn các giống lúa cũ, trong thời vụ thu hoạch cây ít bị đổ, thuận lợi cho việc tiến hành cơ giới hoá. Yêu cầu nông học đối với việc cơ giới hoá nông nghiệp Cũng như cơ giới hoá các khâu sản xuất khác, cơ giới hoá thu hoạch cũng có những yêu cầu và phương pháp riêng, mỗi phương pháp lại có một yêu cầu cụ thể. Nắm được các yêu cầu và vận dụng đúng phương pháp trong từng hoàn cảnh cụ thể không những cần cho việc nghiên cứa thiết kế mà cả trong sử dụng, trên cơ sở đó nâng coa độ bền và hiệu quả của máy. Thu hoạch là khâu cuối cùng của quá trình sản xuất trên đồng ruộng, số lượng và chất lượng của sản phẩm quyết định bởi một loạt các nhân tố tổng hợp, nhưng ảnh hưởng trực tiếp vẫn là bản than khâu thu hoạch . Chúng ta có thể quy tụ lại thành mấy yêu cầu chung như sau: 1. Máy thu hoạch phải thích ứng với điều kiện lúa có năng suất cao. Do kỷ thuật canh tác, kỷ thuật chọn tạo giống và phân bón ngày càng phát triển, việc tưới tiêu chủ động, việc phòng trừ sâu bệnh có hiệu quả nên năng suất lúa ngày càng cao. Vì vậy, máy thu hoạch phải có khả năng thích ứng với điều kiện năng suất cao. Khi tải trọng trên đơn vị thời gian tăng lên, các bộ phận cắt gặt, đập, phân ly phải đủ khả năng vượt tải để đảm bảo cho máy hoạt động bình thường, không gây ách tắc, cản trở quá trình thu hoạch. Phải đảm bảo chất lượng làm việc tốt, tổng hao hụt không quá 3%, độ hư hỏng hạt không quá 2%. Người nông dân trồng lúa không những mong được mùa mà còn mong bội thu. Vì vậy, máy thu hoạch phải đảm bảo chất lượng làm việc tốt, phải cắt gặt, đập sạch, phân ly sạch, tráng hiện tượng rơi vãi. Nhìn chung tổng hao hụt không quá 3%, độ nứt và bóc vỏ trấu nhỏ hơn 2%, sản phẩm thu hoạch phải có độ sạch cao. Phải chú ý giải quyết những yêu cầu khác nhau về sử dụng nguồn phụ phẩm của các địa phương. Mục đích của trồng lúa là thu thóc (sản phẩm chính). Song đối với các sản phẩm phụ như rơm rạ, thóc lép cũng có giá trị kinh tế nhất định. Tập quán canh tác của một số vùng là không thu rơm để ở ruộng đốt hoặc cầy dập rạ làm phân. Nhưng nhiều địa phương lại dung rơm rạ để lợp nhà, đun nấu thay than củi, làm thức ăn cho trâu bò, bện thừng, thảm bao tải. Trong điều kiện chưa giải quyết được nguyên liệu cho các công việc ở trên thì trước khi quyết định phương án thu hoạch hoặc nghiên cứa thiết kế máy thu hoạch phải quan tâm xem xét tới những yêu cầu khác nhau của các địa phương về việc sử dụng nguồn sản phẩm phụ, có như vậy khi ứng dụng máy vào sản xuất mới dễ dàng được nông dân chấp nhận. Kết kấu gọn nhẹ, sử dụng vận chuyển linh hoạt, dễ dàng. Ở vùng đồng bằng trung du, đồng ruộng nhỏ, đường sá hẹp nhiều bờ vùng bờ thửa. Vì vậy, máy thu hoạch nên có kết cấu gọn nhẹ, thao tác, vận chuyển linh hoạt nhẹ nhàng và phù hợp với yêu cầu thu hoạch khi độ ẩm trên đồng ruộng và cây lúa cao. Năng suất và hiệu quả của máy cao. Tập quán canh tác ở vùng trung du đặc biệt la Khánh Hoà mỗi năm gieo trồng 2-3 vụ. Thu hoạch là khâu kết thúc quá trình trước nhưng lại là khâu 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.