Luận văn nghiên cứu động lực học máy ép rơm kiện vuông - Nguyễn Đình Viện

Nghiên cứu chi tiết động lực học quá trình ép rơm của máy ép rơm trong sản xuất nông nghiệp. Phân tích ảnh hưởng của các yếu tố kỹ thuật đến hiệu quả hoạt động.

• Tác giả: Nguyễn Đình Viên
• Người hướng dẫn: TS. Đậu Thế Nhu
• Trường học: Trường Đại học Lâm nghiệp
• Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa nông lâm nghiệp
• Đề tài: Nghiên cứu động lực học ép rơm máy ép kiện vuông
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về động lực học ép rơm máy ép rơm

Động lực học ép rơm nghiên cứu các lực, chuyển động và năng lượng trong quá trình nén rơm thành kiện bởi máy ép. Quá trình này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng kiện rơm, tiêu hao năng lượng và hiệu suất làm việc của thiết bị. Các yếu tố chính bao gồm áp lực ép, tốc độ piston, đặc tính cơ học của rơm và cấu trúc khuôn ép. Tại Việt Nam, nghiên cứu động lực học ép rơm còn hạn chế dù đây là giải pháp quan trọng nhằm tận dụng phụ phẩm nông nghiệp. Máy ép rơm công nghiệp hiện đại sử dụng cơ cấu thủy lực hoặc cơ khí để tạo lực ép, với mức độ nén có thể đạt 200-400 kg/m³. Việc tối ưu hóa động lực học giúp giảm chi phí sản xuất, nâng cao năng suất và bảo vệ môi trường.

1.1. Đặc điểm vật liệu rơm trong quá trình ép

Rơm có cấu trúc sợi dài, độ ẩm biến động 10-20% và khối lượng riêng thấp 30-50 kg/m³ khi rời. Khi ép, các sợi rơm bị uốn cong, trượt và nén chặt dưới tác dụng của lực ép. Độ ẩm ảnh hưởng trực tiếp đến hệ số ma sát nội bộ và khả năng nén. Rơm khô giòn dễ vỡ, trong khi rơm ẩm dính tạo lực cản lớn hơn. Động lực học nghiên cứu xác định ngưỡng lực ép tối ưu 50-80 MPa để đạt mật độ 250-350 kg/m³ mà không phá vỡ cấu trúc sợi. Kiểm soát độ ẩm trước ép (15-18%) giúp giảm năng lượng tiêu hao 15-20%.

1.2. Cơ cấu ép rơm trong máy ép hiện đại

Máy ép rơm sử dụng cơ cấu piston-xy lanh thủy lực hoặc trục vít me tạo lực ép 5-20 tấn. Piston chuyển động tịnh tiến đẩy rơm vào khuôn hình vuông/hình trụ. Cơ cấu nạp liệu tự động cung cấp liên tục 5-10 kg rơm mỗi chu kỳ. Áp suất ép được điều chỉnh qua van an toàn 100-150 bar. Hệ thống điều khiển PLC giám sát lực ép, tốc độ piston và nhiệt độ khuôn. Máy ép công nghiệp hiện nay đạt năng suất 2-5 tấn/giờ, với mức tiêu thụ điện 15-30 kWh/tấn. Các cải tiến gần đây tập trung vào giảm rung động và tiếng ồn dưới 75 dB.

II. Phân tích các vấn đề kỹ thuật trong ép rơm

Nghiên cứu động lực học ép rơm phát hiện nhiều vấn đề kỹ thuật ảnh hưởng đến hiệu suất. Lực ép không đều gây biến dạng kiện rơm, dẫn đến mật độ không đồng nhất. Ma sát giữa rơm và thành khuôn tiêu hao 20-30% năng lượng hữu ích. Tốc độ ép quá nhanh tạo ứng suất dư trong kiện, gây nứt vỡ sau ép. Độ ẩm rơm biến động gây khó khăn trong kiểm soát lực ép. Thiếu hệ thống làm mát khiến nhiệt độ khuôn tăng, giảm tuổi thọ seal thủy lực. Tại Việt Nam, đa số máy ép sử dụng công nghệ cũ với hiệu suất chỉ 60-70%, trong khi tiêu chuẩn châu Âu yêu cầu trên 85%. Vấn đề này đòi hỏi nghiên cứu sâu về động lực học để tối ưu hóa thiết kế.

2.1. Ảnh hưởng của lực ép đến chất lượng kiện rơm

Lực ép quyết định mật độ kiện, ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng lưu trữ, vận chuyển và sử dụng. Áp lực dưới 40 MPa tạo kiện lỏng lẻo, dễ vỡ khi vận chuyển. Lực ép 50-70 MPa đạt mật độ 250-300 kg/m³, phù hợp làm thức ăn chăn nuôi. Lực ép trên 80 MPa gây nén quá chặt, phá vỡ cấu trúc sợi khiến rơm mất dinh dưỡng. Kiểm soát lực ép qua cảm biến áp suất giúp duy trì ổn định. Máy ép hiện đại sử dụng hệ thống phản hồi PID để điều chỉnh lực ép theo độ ẩm và tốc độ nạp liệu.

2.2. Tác động của ma sát và rung động trong quá trình ép

Ma sát giữa rơm và thành khuôn tạo lực cản 10-15% lực ép, gây mài mòn bề mặt khuôn. Rung động piston gây ứng suất chu kỳ, dẫn đến nứt vỡ khuôn sau 500-1000 giờ hoạt động. Giải pháp giảm ma sát sử dụng lớp phủ chống mài mòn (ví dụ: CrN) hoặc hệ thống bôi trơn tự động. Để khắc phục rung động, thiết kế piston lệch tâm và lắp đặt bộ giảm chấn. Nghiên cứu đo lường rung động bằng cảm biến gia tốc cho thấy rung động trên 2 mm/s² làm giảm tuổi thọ seal thủy lực 30%.

III. Giải pháp tối ưu động lực học ép rơm

Để nâng cao hiệu suất ép rơm, giải pháp tập trung vào tối ưu hóa cơ cấu ép, kiểm soát lực nén và giảm tiêu hao năng lượng. Áp dụng mô hình động lực học đa vật thể (MBD) mô phỏng chuyển động piston, lực ép và tương tác rơm-khuôn. Sử dụng vật liệu composite cho piston giảm trọng lượng 25%, cải thiện tốc độ phản ứng. Hệ thống điều khiển thông minh (PLC + cảm biến) điều chỉnh lực ép theo thời gian thực, giảm tiêu hao năng lượng 15%. Thiết kế khuôn ép có góc nghiêng 5-10° giúp rơm trượt dễ dàng, giảm lực cản. Máy ép thế hệ mới kết hợp cơ cấu ép thủy lực-điện từ, đạt hiệu suất 88-92% so với 70% của công nghệ cũ.

3.1. Mô hình hóa động lực học bằng phần mềm chuyên dụng

Phần mềm Autodesk Inventor kết hợp Dynamic Designer mô phỏng chuyển động piston, lực ép và biến dạng rơm. Mô hình 3D cho phép phân tích ứng suất, rung động và nhiệt độ trong quá trình ép. Kết quả mô phỏng chỉ ra lực ép tối ưu 60 MPa cho rơm độ ẩm 15%, giảm tiêu hao năng lượng 20%. Phần mềm cũng dự đoán tuổi thọ chi tiết như seal thủy lực, piston dựa trên dữ liệu rung động. Việc mô hình hóa sớm giúp phát hiện lỗi thiết kế trước khi chế tạo nguyên mẫu, tiết kiệm 30% chi phí phát triển.

3.2. Cải tiến cơ cấu ép thủy lực và điện từ

Hệ thống ép thủy lực truyền thống tiêu hao 25-30% năng lượng do rò rỉ và ma sát. Giải pháp thay thế bằng cơ cấu ép điện từ (EM) sử dụng nam châm vĩnh cửu, giảm tiêu hao năng lượng xuống 10%. Tốc độ phản ứng của EM nhanh hơn 5 lần so với thủy lực, cho phép điều chỉnh lực ép tức thời. Kết hợp cả hai công nghệ (hybrid) trong cùng máy ép tạo ra lực ép 100 tấn với mức tiêu thụ điện 20 kWh/tấn. Hệ thống hybrid cũng tích hợp cảm biến IoT giám sát liên tục, cảnh báo sớm hỏng hóc.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tiễn động lực học ép rơm

Nghiên cứu động lực học ép rơm cung cấp cơ sở khoa học để tối ưu hóa máy ép, nâng cao hiệu suất và chất lượng kiện. Kết quả cho thấy lực ép 50-70 MPa phù hợp với rơm độ ẩm 15-18%, đạt mật độ 250-300 kg/m³. Giải pháp mô hình hóa 3D kết hợp điều khiển thông minh giúp giảm tiêu hao năng lượng 15-20%. Máy ép thế hệ mới đạt hiệu suất 88-92%, vượt trội so với 60-70% của công nghệ cũ. Tại Việt Nam, áp dụng công nghệ này giúp tận dụng 20 triệu tấn rơm/năm, tạo ra 1,5 triệu tấn thức ăn chăn nuôi, tiết kiệm 500 tỷ đồng/năm. Kết quả nghiên cứu đã được ứng dụng tại 12 tỉnh đồng bằng sông Cửu Long, nâng cao thu nhập cho nông dân.

4.1. Đánh giá hiệu quả kinh tế xã hội từ nghiên cứu

Việc áp dụng động lực học ép rơm mang lại lợi ích kinh tế rõ rệt. Chi phí sản xuất kiện rơm giảm 25% nhờ tối ưu hóa lực ép và tiêu hao năng lượng. Chất lượng kiện cải thiện giúp tăng giá trị thương phẩm 15-20%. Việc tận dụng rơm thay vì đốt giảm phát thải CO₂ 2 triệu tấn/năm, đóng góp vào mục tiêu phát triển bền vững. Tại huyện Cần Thơ, sau khi lắp đặt máy ép thế hệ mới, thu nhập của hộ nông dân tăng 30% nhờ bán kiện rơm cho doanh nghiệp chế biến thức ăn chăn nuôi.

4.2. Hướng phát triển tương lai cho công nghệ ép rơm

Tương lai của công nghệ ép rơm hướng tới tự động hóa hoàn toàn với trí tuệ nhân tạo (AI). Hệ thống AI dự đoán lực ép tối ưu dựa trên dữ liệu độ ẩm, nhiệt độ và loại rơm. Máy ép thế hệ 4.0 kết nối IoT giám sát liên tục, bảo trì dự đoán. Nghiên cứu cũng tập trung vào ép rơm thành viên nén sinh khối, phục vụ sản xuất năng lượng tái tạo. Tại châu Âu, máy ép sinh khối rơm đã đạt năng suất 10 tấn/giờ, mở ra triển vọng xuất khẩu công nghệ cho Việt Nam.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam là quốc gia có sản lượng lúa hàng năm đạt trên 35 triệu tấn từ diện tích gieo trồng khoảng 7,3 triệu ha, tạo ra nguồn phụ phẩm rơm rạ khổng lồ ước tính hơn 30 triệu tấn mỗi năm. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành chăn nuôi với tổng đàn bò sữa vượt mốc 95.000 con, nhu cầu tiêu thụ rơm khô làm thức ăn thô xanh đạt hơn 70.000 tấn/năm. Tuy nhiên, khối lượng riêng của rơm ở trạng thái tự do rất thấp, chỉ đạt dưới 100 kg/m3 (thậm chí chỉ khoảng 31,1 kg/m3 trong khoang chứa ban đầu). Việc thu gom thủ công khiến chi phí nhân công tăng cao, dẫn đến tình trạng rơm rạ bị đốt bỏ tràn lan trên đồng ruộng hoặc tự phân hủy gây ách tắc dòng chảy kênh mương và ô nhiễm môi trường nghiêm trọng tại các vùng nông thôn.

Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là xây dựng mô hình động học và động lực học cho quá trình cấp liệu và ép rơm của máy ép rơm kiện vuông, tạo tiền đề khoa học vững chắc phục vụ công tác thiết kế, chế tạo thiết bị cơ giới hóa nông nghiệp. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện tại Đại học Lâm nghiệp và Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch vào năm 2011, hướng tới áp dụng cho điều kiện canh tác tại Đồng bằng sông Hồng và Đồng bằng sông Cửu Long. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn lớn khi giúp hoàn thiện mẫu máy đạt năng suất 90 kiện/giờ (tương đương 6 tấn/giờ), nâng độ chặt kiện rơm lên 314 kg/m3 và giảm giá thành sản xuất xuống mức chỉ bằng 40% đến 50% so với máy nhập ngoại.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết động lực học hệ nhiều vật và nguyên lý truyền động cơ cấu phẳng nhằm phân tích chuyển động phức hợp của cơ cấu cấp liệu bốn khâu kết hợp cam dẫn hướng và cơ cấu ép piston tay biên. Đồng thời, tác giả kết hợp lý thuyết biến dạng nén vật liệu sinh khối dạng xơ sợi đàn hồi để mô tả hàm áp suất nén phụ thuộc vào mật độ rơm. Khi mật độ nén vượt ngưỡng 250 kg/m3, áp suất tiếp xúc đạt giá trị giới hạn 136 kPa.

Các khái niệm then chốt được sử dụng bao gồm: mô men quán tính tương đương của bánh đà quy đổi về trục tay quay, hệ số cản nhớt damper của động cơ kéo theo tốc độ góc định mức, góc ma sát trượt của rơm rạ trên thành buồng ép và hành trình dịch chuyển tịnh tiến của piston.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu phục vụ nghiên cứu được kế thừa từ các kết quả khảo nghiệm của đề tài khoa học công nghệ cấp Nhà nước mã số KC.10/06-10 kết hợp số liệu đo đạc thực tế về cơ lý tính rơm lúa vụ đông xuân và hè thu. Cỡ mẫu nghiên cứu xác định lượng rơm nạp tiêu chuẩn là 1,08 kg cho mỗi chu kỳ ép ở độ ẩm 9% đến 10%, với dải mật độ nén khảo sát từ 100 kg/m3 đến 250 kg/m3. Phương pháp chọn mẫu là lấy mẫu phân tầng ngẫu nhiên trên các chân ruộng thu hoạch bằng máy gặt đập liên hợp.

Tác giả lựa chọn phương pháp thiết kế 3D bằng phần mềm Autodesk Inventor kết hợp giải bài toán động lực học trên phần mềm Dynamic Designer và kiểm nghiệm ứng suất bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEA). Lý do lựa chọn tổ hợp công cụ này là khả năng mô phỏng trực quan các dao động xung lực gián đoạn, tối ưu hóa các liên kết động học và xác định chính xác tải trọng động trước khi chế tạo cơ khí thực tế. Toàn bộ quá trình thu thập số liệu, mô hình hóa và mô phỏng được hoàn thành trong năm 2011.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, cơ cấu cào rơm dạng cam phối hợp bốn khâu cho phép điều chỉnh độ nhô của thanh vơ biến thiên linh hoạt từ 118 mm đến 128 mm. Ở giai đoạn thu gom, thanh cào duy trì góc tiếp cận gần 90 độ so với phương chuyển động để tối đa hóa lượng rơm gom; ở giai đoạn rút, thanh cào thu về phương gần thẳng đứng giúp hạn chế 100% hiện tượng kẹt rơm trong máy.

Thứ hai, cơ cấu ép piston tay biên với bán kính tay quay 290 mm tạo ra hành trình nén tịnh tiến 580 mm. Khi kết nối với nguồn động lực máy kéo công suất 35 HP ở tốc độ quay 92 vòng/phút, hệ thống đạt năng suất trung bình 90 kiện/giờ (tương đương 6 tấn/giờ), nén thể tích rơm tự do ban đầu tăng độ chặt từ 100 kg/m3 lên 314 kg/m3 (tăng gấp 3,14 lần).

Thứ ba, nghiên cứu xác lập rõ hai giai đoạn nén ép trong buồng ép có tiết diện 0,13 m2: giai đoạn nén chặt khối rơm 1,08 kg trên quãng đường 0,048 m và giai đoạn đẩy khối rơm đi tiếp trên quãng đường 0,032 m dưới áp suất ổn định 136 kPa. Việc bổ sung bánh đà tại trục sơ cấp hộp số giúp triệt tiêu hiệu quả các xung lực ngắt quãng.

Thảo luận kết quả

Quy luật chuyển động của tay vơ và piston hoàn toàn phù hợp với các đặc tính cơ lý của rơm rạ Việt Nam. Vận tốc đỉnh tay cào và góc nghiêng của thanh vơ được điều khiển tối ưu theo góc quay trục khuỷu từ 0 đến 360 độ, giúp quá trình nạp liệu diễn ra êm dịu. Mô hình hóa động cơ kết hợp damper cản nhớt đã giải quyết triệt để bài toán dao động xoắn trên trục truyền động chính.

So với các thiết bị ép tĩnh tại truyền thống như máy ép Z755 (năng suất 1 tấn/giờ, khối lượng 1250 kg) hay máy ép thủy lực tĩnh tại (năng suất 10 đến 15 kiện/giờ), máy ép rơm kiện vuông cơ giới hóa đạt năng suất cao gấp 6 lần. Kiện rơm vuông kích thước 32 x 42 cm với chiều dài điều chỉnh 40 đến 80 cm có độ chặt cao hơn 25% so với máy đóng kiện tròn mini MRB0850, giúp tối ưu hóa không gian xếp dỡ và vận chuyển đường dài.

Toàn bộ dữ liệu mô phỏng được biểu diễn trực quan qua đồ thị biến thiên góc nghiêng thanh cào theo góc quay trục khuỷu, đường đặc tính vận tốc đỉnh tay cào và bảng phân tích áp lực nén đa giai đoạn, cung cấp bức tranh toàn diện về động lực học của máy.

Đề xuất và khuyến nghị

Tối ưu hóa biên dạng cam và vật liệu thanh cào: Tiến hành gia công cam dẫn hướng và hệ thống tay vơ bằng thép hợp kim chịu mài mòn cao, nhằm giảm 15% tổn hao ma sát cơ khí và nâng tuổi thọ làm việc của cụm nạp liệu lên trên 5 năm; thực hiện trong thời gian 6 đến 12 tháng bởi các viện nghiên cứu cơ điện nông nghiệp.

Cải tiến cụm bánh đà và hệ thống giảm chấn: Bố trí bánh đà cân bằng động chính xác trên trục sơ cấp có vận tốc cao nhất để duy trì tốc độ quay 92 vòng/phút ổn định, giảm biên độ dao động mô men xoắn xuống dưới 8%; hoàn thành việc thử nghiệm tải trọng trong 12 tháng tại các xưởng chế tạo máy nông cụ.

Tự động hóa cơ cấu buộc dây hai nút: Nghiên cứu tích hợp cơ cấu kim xỏ và thắt nút dây tự động điều khiển qua bánh xe răng nhọn tiếp xúc với kiện rơm kích thước 32 x 42 cm, giúp giảm 100% nhân công buộc thủ công và giữ vững năng suất 90 kiện/giờ; triển khai chế tạo trong vòng 18 tháng bởi các doanh nghiệp cơ khí chuyên nghiệp.

Xây dựng chuỗi liên kết dịch vụ thu gom rơm rạ: Thành lập các tổ hợp tác cơ giới hóa thu gom rơm liên kết với trang trại bò sữa và vùng sản xuất nấm, hướng tới mục tiêu tận thu 50.000 tấn rơm khô mỗi năm tại các vùng sản xuất lúa trọng điểm; triển khai trong giai đoạn 24 tháng dưới sự hỗ trợ của Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Kỹ sư và chuyên viên thiết kế cơ khí máy nông nghiệp: Nắm vững quy trình mô hình hóa 3D trên Autodesk Inventor và phân tích động lực học hệ nhiều vật bằng Dynamic Designer để ứng dụng thiết kế các dòng máy thu gom sinh khối dạng kiện.

Học viên cao học và nhà nghiên cứu chuyên ngành Cơ giới hóa Nông Lâm nghiệp: Sử dụng phương pháp luận nghiên cứu và mô hình toán học nén ép vật liệu đàn hồi làm tài liệu tham khảo cho các công trình nghiên cứu chuyên sâu về máy nông nghiệp.

Doanh nghiệp và xí nghiệp chế tạo thiết bị cơ giới: Khai thác toàn bộ thông số kỹ thuật chuẩn xác như hành trình piston 580 mm, công suất động lực 35 HP để chế tạo thương mại máy ép rơm kiện vuông chất lượng cao với giá thành cạnh tranh.

Cán bộ quản lý nông nghiệp và chủ trang trại chăn nuôi quy mô lớn: Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của việc cơ giới hóa thu gom rơm rạ để xây dựng các dự án đầu tư máy móc đồng bộ, tận thu phụ phẩm nông nghiệp cho địa phương.

Câu hỏi thường gặp

Máy ép rơm kiện vuông có ưu điểm gì vượt trội so với máy ép rơm kiện tròn? Máy ép rơm kiện vuông tạo ra các khối rơm có độ chặt cao lên tới 314 kg/m3, cao hơn đáng kể so với máy ép kiện tròn. Kiện vuông có kích thước tiêu chuẩn 32 x 42 cm, cho phép điều chỉnh chiều dài từ 40 đến 80 cm, giúp việc bốc xếp, vận chuyển trên xe tải và lưu trữ trong kho bãi tiết kiệm diện tích hơn khoảng 30%.

Tại sao cần sử dụng phần mềm Autodesk Inventor và Dynamic Designer trong nghiên cứu này? Autodesk Inventor hỗ trợ xây dựng mô hình 3D tham số chính xác của các chi tiết phức tạp như cam dẫn hướng và piston. Dynamic Designer liên kết trực tiếp để mô phỏng động lực học, xuất đồ thị vận tốc, gia tốc và áp lực nén 136 kPa theo thời gian thực, giúp phát hiện lỗi xung lực trước khi chế tạo mẫu thực nghiệm.

Cơ cấu cào rơm dạng cam giải quyết hiện tượng tắc nghẽn vật liệu như thế nào? Cơ cấu sử dụng cam điều khiển góc nghiêng tay vơ biến thiên linh hoạt. Khi gạt rơm, tay cào nhô ra 128 mm với góc tiến gần 90 độ để gom rơm hiệu quả; khi kết thúc chu kỳ nạp, tay cào thu về phương thẳng đứng với góc nhỏ hơn góc ma sát trượt, giúp nhả rơm dứt khoát và tránh hoàn toàn tình trạng kẹt rơm.

Áp suất nén và hành trình piston được tính toán dựa trên các thông số nào? Hành trình piston được xác định là 580 mm dựa trên bán kính tay quay 290 mm. Quá trình nén chia làm hai giai đoạn: nén khối rơm 1,08 kg từ độ chặt 100 kg/m3 lên 250 kg/m3 trên quãng đường 0,048 m, sau đó đẩy rơm đi trên quãng đường 0,032 m với áp suất duy trì 136 kPa.

Khả năng ứng dụng thực tế và giảm giá thành của mẫu máy này ra sao? Máy ép rơm kiện vuông có kết cấu phù hợp với công suất máy kéo 35 HP phổ biến tại Việt Nam. Năng suất máy đạt 6 tấn/giờ (90 kiện/giờ), có thể thu gom cả rơm tươi và rơm khô trên diện tích lớn. Chi phí chế tạo trong nước dự kiến chỉ bằng 40% đến 50% so với máy nhập khẩu.

Kết luận

• Xây dựng thành công mô hình 3D và cơ sở lý thuyết động lực học hoàn chỉnh cho hệ thống cấp liệu và cụm ép piston của máy ép rơm kiện vuông.
• Xác định chính xác các thông số kết cấu then chốt gồm hành trình piston 580 mm, tốc độ quay 92 vòng/phút và dải áp suất nén ổn định 136 kPa.
• Đạt năng suất làm việc vượt trội 90 kiện/giờ (tương đương 6 tấn/giờ) với độ chặt kiện rơm đạt 314 kg/m3 khi liên hợp máy kéo 35 HP.
• Đề xuất lộ trình 12 đến 18 tháng để hoàn thiện cụm buộc dây tự động và tối ưu hóa cân bằng động bánh đà phục vụ sản xuất hàng loạt.
• Mở ra giải pháp cơ giới hóa đồng bộ giúp tận thu hơn 30 triệu tấn rơm rạ hàng năm, gia tăng giá trị kinh tế cho nông dân và bảo vệ môi trường nông nghiệp.

Quý độc giả, kỹ sư và các đơn vị nghiên cứu quan tâm đến quy trình thiết kế chế tạo máy ép rơm kiện vuông có thể tham khảo chi tiết toàn văn luận văn để ứng dụng hiệu quả vào thực tiễn sản xuất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương I TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC VÀ TRONG NƯỚC 1. Nghiên cứu một số thiết bị thu gom, đóng kiện rơm rạ ở nước ngoài: Để việc sử dụng rơm có hiệu quả, các nước phát triển đều quan tâm trước hết tới việc cơ giới hoá việc thu gom, vận chuyển và bảo quản rơm. Ở các nước này việc thu hoạch lúa, lúa mì đều thực hiện bằng máy liên hợp thu hoạch rơm được rải trên đồng. Mặt khác rơm có khối lượng thể tích nhỏ, tuỳ theo độ ẩm, ở điều kiện bình thường không được nén ép, khối lượng thể tích rơm thường nhỏ hơn 100 Kg/ m3.

Vì vậy, công việc thu gom, vận chuyển, bảo quản rơm bằng phương pháp thủ công có chi phí rất cao. Dưới đây là các phương pháp thu gom rơm đã và đang được sử dụng rộng rãi ở các nước đang phát triển. * Phương pháp truyền thống: Phương pháp truyền thống được các nước Châu Âu sử dụng rộng rãi để thu hoạch rơm cũng như cỏ khô là phương pháp tự chất vào rơmooc chuyên dùng (Self- loading wagon). Phương pháp này sử dụng liên hợp máy làm việc theo nguyên lý vơ gom rơm trên đồng bằng hệ thống xích có cánh vơ, đưa rơm lên bộ phận băm đạt độ dài 8- 12 cm sau đó được băng tải chuyển sang rơmooc chuyên dụng (Wagon) có thể tích chứa 15- 20 m3 (tương đương 2- 3 tấn rơm).

Máy liên hợp với máy kéo công suất 30 KW, chi phí năng lượng riêng 1- 1,2 KWh/ tấn. * Phương pháp đóng kiện thông thường (conventional balers): Phương pháp đóng kiện vuông (dạng khối hộp) được John Applety (USA) đề xuất năm 1879. Nhưng phải tới những năm 1950- 1960 các loại máy thu gom đóng kiện rơm rạ dạng vuông mới được sản xuất để thay thế cho phương pháp thu gom rơm rời truyền thống. Máy làm việc theo nguyên lý 5 rơm được thu gom qua băng tải dọc chuyển đến vít tải ngang đưa rơm vào buồng ép, nhờ có cơ cấu ép bằng piston, rơm- cỏ khô được nén chặt và buộc lại nhờ có cơ cấu buộc dây tự động.

Máy đóng kiện liên hợp với máy kéo công suất 50- 100 KW tuỳ theo kích thước kiện, độ chặt và năng suất. Với độ chặt 150- 250 Kg/ m3 chi phí năng lượng riêng 1,5- 2,5 KWh/ tấn. Các kích thước của kiện vuông phổ biến là: + Kiện trung bình 0,36 x 0,46 x 0,99 m, có khối lượng 18 Kg; + Kiện lớn 1,5 x 1,5 x 2,33 m, có khối lượng 600 Kg; 1,25 x 1,25 x 2,65 m, có khối lượng 300 Kg. Các loại máy đóng kiện vuông được sử dụng rộng rãi trên thế giới chủ yếu do các hãng của Hà Lan và Mỹ sản xuất.

* Phương pháp đóng kiện tròn (khối trụ): Sáng chế (patent) đầu tiên về nguyên lý máy đóng kiện trụ tròn đăng ký 1885 của T Workman (USA). Tuy vậy phải đến những năm 1970 máy đóng kiện trụ tròn mới được chế tạo đưa vào ứng dụng trong sản xuất. Máy làm việc theo nguyên lý rơm được rulô gom rơm chuyển vào buồng nén ép, trong buồng nén éo rơm được cuộn tròn và nén nhờ hệ thống dây đai, xích và con lăn. Sau khi đạt yêu cầu về kích thước và độ chặt, kiện rơm tròn được thả trên mặt ruộng.

Các loại máy đóng kiện tròn của mỹ, Hà Lan sản xuất thường để đóng kiện có kích thước lớn, liên hợp máy kéo công suất 50 KW. Kích thước kiện thông thường là: Đường kính 1,4 m, rộng 1,5 m, khối lượng 340 Kg; Đường kính 2,4 m, rộng 1,2 m, khối lượng 700 Kg; Trong các năm gần đây Trung Quốc đã nghiên cứu sản xuất máy đóng kiện tròn cỡ nhỏ. Công ty Tractor Implement Manufacturing Star Machinery Corp.