Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu cơ bản về bộ phận đập hai trống dập kiểu tiếp tuyến với hướng cấp liệu tiếp tuyến
1 TÓM TẮT Luận án tiến sĩ Nghiên cứu cơ bản về bộ phận đập hai trống đập kiểu tiếp tuyến với hướng cấp liệu tiếp tuyến (Grundlagenuntersuchungen zur Kombination von zwei Tangentialdreschwerken mit tangentialer Gutzuführung) Bộ môn máy nông nghiệp Khoa chế tạo máy Trường Đại học kỹ thuật tổng hợp Dresden, CHLB Đức M. Sc. Nguyễn Xuân Thiết Sinh ngày 12.08.1975 tại Bắc ninh Dresden, 20.07.2008 2 I. Tổng quan về máy gặt đập liên hợp Máy gặt đập liên hợp (GĐLH) là máy nông nghiệp thực hiện nhiêm vụ thu gom lúa và tách hạt ra khỏi khối lúa. Hình 1 là sơ đồ cấu tạo của máy gặt đập liên hợp kiều truyền thống. Lúa sau khi cắt được đưa tới trống đập 3 thông qua bộ phận cung cấp 1. Tại đây diễn ra quá trình đập và tách hạt. Phần lớn hạt sẽ được tách ra khỏi khối lúa qua máng đập 4. Bộ phận hạt còn lại sau bộ phận đập sẽ được chuyển đến bộ phận giũ rơm 7. Tại đây phần lớn hạt còn sót lại sẽ được tách ra khỏi khối rơm. Hình 1: Sơ đồ cấu tạo của máy gặt đập liên hợp kiểu truyền thống [64] Máy GĐLH hiện đại được trang bị với công suất truyền động tới 400kW, bề rộng làm việc đến 12 m và có tổng lưu lượng lúa thông qua tới 70 tấn/giờ. Để tiếp tục nâng cao năng suất máy đòi hỏi phải tìm ra nguyên tắc làm việc mới hoặc thay nguyên tắc làm việc và cấu tạo của các bộ phận làm việc. Qua đó trong nhiều năm gần đây đã có nhiều nghiên cứu cải tiến đã được công bố. II. Đặt vấn đề nghiên cứu Ở hệ thống đập kiểu tiếp tuyến hiện nay dòng nguyên liệu đập bị thay đổi hướng đột ngột tại cửa vào của bộ phận đập, hình 2. ( 1 ) B ộ p h ậ n cấ p lúa (3) Trống đập ( 6) Trống gạt (4) Máng đập ( 7 ) B ộ p h ậ n g iũ r ơ m (8) Cơ cấu tung rơm (9) Bộ phận trả về 3 Sự đổi hướng của dòng nguyên liệu đập Hạt và rơm vụn tách ra khỏi máng đập ϕ * α s E s A Hình 2: Sơ đồ cấu tạo bộ phận đập kiểu truyền thống Với vận tốc cung cấp 2,8 – 3 m/s khi tiếp xúc với trống đập có vận tốc 28- 32 m/s lúa tại cửa vào sẽ nhận một lực va chạm rất lớn. Sự đổi hướng đột ngột làm cho tác động giữ của bộ phận cung cấp càng lớn. Lúa sẽ bị biến dạng, dập nát và xé nhỏ ngay tại cửa vào của máng đập. Sự biến dạng, dập nát và xé nhỏ này làm tổn thất một phần năng lượng đập. Rơm bị xé nhỏ sẽ ngăn cản sự tách hạt của máng đập và làm tăng lượng rơm vụn theo khối hạt thoát ra khỏi máng đập. Hạt và một phần rơm vụn tách ra khỏi máng dập ϕ Hình 3: Bộ phận đập với kiểu cấp liệu tiếp tuyến Thông qua việc cấp liệu theo góc cung cấp tiếp tuyến với trống đập đập sẽ hạn chế được các nhược điểm đã nêu (hình 3). Thêm vào đó, với kiểu sắp xếp này, tổng diện tích bề mặt của máng đập của một hoặc nhiều trống đập dễ dàng bố trí tăng lên, thuận lợi cho quá trình tách hạt. Ở đây, dòng chuyển động của nguyên liệu được giữ liên tục. Từ các lập luận trên đưa ra mô hình cải tiến bộ phận đập hai trống đập (hình 4). 4 2 3 4 ϕ α K1 α K2 – Zuführung tangential ist möglich – Dreschgutführung ist kontinuierlich – Abscheidefläche kann bis 300% vergrößert werden Hình 4: Sơ đồ cấu tạo của bộ phận đập hai trống với hướng cấp liệu tiếp tuyến Yêu cầu thiết kế thí nghiệm Mô hình thí nghiệm khi thiết kế phải thỏa mãn các yêu cầu sau: - Hai trống đập kiểu tiếp tuyến được sắp xếp liên tiếp nhau, - Nguyên liệu đập được đưa vào theo hướng tiếp tuyến với trống đập và tạo với phương thẳng đứng một góc (góc cấp liệu ϕ). Góc cấp liệu có thể dễ dang thay đổi trong quá trình thí nghiệm, - Tổng diện tích của máng đập so với bộ phận đập truyền thống được thiết kế tăng lên, - Mô men của trống đập và lực tác dụng lên máng đập được bố trí đo tại trống đập thứ nhất để đánh giá chi phí năng lượng của bộ phận đập, - Bố trí thiết kế các máng hấng để có thể xác định và đánh giá việc tách hạt và trấu qua máng đập, - Lưu lượng cấp liệu thay đổi trong một phạm vi nhất định. III. Nghiên cứu thực nghiệm Sơ đồ cấu tạo Từ các yêu cầu thiết kế đặt ra mô hình thí nghiệm như đã chỉ ra ở hình 5. 5 KL 6 m NKB + m K m K1 +m NKB1 m K2 + m NKB2 m K3 + m NKB3 m K4 + m NKB4 m K6 + m NKB6 1 2 3 4 KL1 KL 2 KL 3 KL 4 KL 5 ϕ α K1 α K2 β m K5 + m NKB5 v E Kraftmeßgeber Hình 5: Mô hình thí nghiệm với bộ phận đập hai trống đập Nguyên liệu đập từ băng truyền 1 qua bộ phận cấp liệu 2 được đưa vào trống đập thứ nhất theo hướng tiếp tuyến. Dòng nguyên liệu đập tiếp tục qua trống đập thứ nhất và cấp cho trống đập thứ hai cũng theo hướng tiếp tuyến. Qua hai trống đập, phần lớn các hạt sẽ được tách ra khỏi máng đập. Các máng hấng KL1 KL5 được thiết kế để xác định lượng hạt cũng như lượng trấu thoát ra khỏi máng đập ở từng vị trí khác nhau (m Ki + m NKBi ). Phần hạt còn sót lại sau bộ phận đập (m K6 + m NKB6 ) được xác định thông qua một sàng giũ rơm bố trí riêng. Hình 6 là toàn cảnh về thí nghiệm với bộ phận đập hai trống đập. Hình 6: Thí nghiệm với bộ phận đập hai trống đập 6 Lực tác động lên máng đập được xác định thông qua việc đo lực tại các phần tử liên kết và giữ máng đập, hình 7. Khe hở đập dễ dàng thay đổi thông qua việc điều chỉnh độ dài của các phần tử liên kết này. Hình 7: Thiết bị đo lực Hình 8 là sơ đồ bố trí đo mô men của trống đập thứ nhất. Hình 8: Sơ đồ đo mô men Kế hoạch thí nghiệm Æ Theo mục đích công việc, thí nghiệm sẽ được thực hiện với các thông số làm việc: Khe hở đập Nguyên liệu Góc cấp liệu ϕ Trống 1 (1. DT) Trống 2 (2. DT) Lưu lượng thông qua q [ kg/sm ] Thời gian thực hiện mỗi thí nghiệm Lúa mì 50° 60° 70° 20-14-10-8 20-16-12-8 22-18-14-10 (3 Einstellungen) 12/10 12/8 20/8 6 7 8 9 10 s 7 Æ Các đại lượng cần đo: Các đại lượng cần đo ở mỗi thí nghiệm Khối lượng hạt trên mỗi máng hấng Tổng khối lượng nguyên liệu đập Tổng khối lượng hạt Korn NKB Lượng hạt còn xót lại sau bộ phận đập Mô men Lực đo m K + m NKB (Korn Masse mk und Masse an NKB) m K m K1 m K2 m K5 m NKB1 m NKB2 m NKB5 m K6 M T F 1 F 2 F 10 IV. Kết quả thí nghiệm Sự tách hạt qua máng đập 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Korblänge [mm] Summenkornabscheidung [%] S K (2) S K (1) S K (1) = [ 100 - (-5,11q + 228,26)0,997 l ] % (q - kg/sm; l - mm) S K (2) = [ 100 – (-4,99q + 273,63)e -l/(16,1q+253,18) ] % (q - kg/sm; l - mm) Hình 9: Tổng lũy tiến phần trăm tách hạt khỏi máng đập (q = 6 kg/sm, B T = 0,8 m) Hình 9 biểu diễn tổng lũy tiến phần trăm hạt tách ra trên từng máng hấng và hai hàm thực nghiệm S K (1) và S K (2) được tìm thấy qua phân tích thí nghiệm. Hai hàm thực nghiệm S K (1) và S K (2) mô tả quan hệ giữa tổng lũy tiến phần trăm tách hạt và chiều dài máng đập l và lưu 8 lượng thông qua q. Cả hai hàm đều rất sát với các kết quả thực nghiệm. Qua so sánh với thực nghiệm cho thấy, hàm S K (2) cho kết quả gần với thực nghiệm hơn hàm S K (1). 0 10 20 30 40 50 60 70 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Korblänge l [mm] partielle Kornabscheidung S pk [%] q = 6 kg/sm q = 7 kg/sm q = 8 kg/sm q = 9 kg/sm Hình 10: Phần trăm tách hạt riêng phần trong quan hệ với chiều dài máng đập ( ϕ = 50 0 , sE/sA_DT1_22-18-14-10,DT2_12/8, B T = 0,8 m) Hình 10 biểu diễn quan hệ giữa phần trăm tách hạt riêng phần S pk và chiều dài máng đập. Qua phân tích thí nghiệm cho thấy, hàm này biến thiên theo dạng hình parabol. Điểm cực đại của hàm đạt giá trị trong khoảng chiều dài của máng đập từ 700 mm đến 1200 mm ( ứng với góc bao 115 0 đến 200 0 ). Giá trị tối ưu này không đạt được ở bộ phận đập kiểu truyền thống. Bộ phận đập kiểu truyền thống có chiều dài máng đập không quá 710 mm (410mm đến 710 mm). 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 2.5 3 3.5 4 4.5 5 spez. NKB-Durchsatz [kg/sm] Kornabscheidung [% ] ZW 50 ZW 60 ZW 70 Hình 11: Phần trăm tách hạt của trống đập thứ nhất (sE/sA_DT1_20-14-10-8, DT2_12/8) 9 Hình 11 biểu diễn phần trăm hạt tách ra khỏi trống đập thứ nhất trong quan hệ với lưu lượng cấp liệu - rơm (NKB- Durchsatz) ứng với các góc cung cấp khác nhau. Khi lưu lượng cấp liệu vào càng lớn thì phần trăm tách hạt qua máng đập càng giảm. Điều này phù hợp với các nghiên cứu trước. Tổng phần trăm tách hạt qua máng đập thứ nhất biến thiên trong khoảng 70 % đến 80 % tương ứng với lưu lượng lúa cấp vào 6 kg/sm đến 9 kg/sm. Ở đây ảnh hưởng của góc cung cấp tới lượng hạt tách ra không rõ ràng, sự khác nhau nằm trong phạm vi nhỏ 2%. 0 10 20 30 40 50 60 70 5678910 spez. Gesamtdurchsatz q [kg/sm] partielle Kornabscheidung S pk [%] KL1 KL2 KL3 KL4 KL5 Hình 12: Phần trăm tách hạt riêng phần trên mỗi máng hấng ( ϕ = 50°, sE/sA_DT1_20-14-10- 8,DT2_12/8) Phần trăm tách hạt riêng phần tại các máng hấng tăng lên từ máng hấng 1 (KL1) đến máng hấng 4 (KL4), và giảm xuống ở máng hấng 5 (KL5) ở tất cả các thí nghiệm. 0 10 20 30 40 50 60 2.5 3 3.5 4 4.5 5 spez. NKB-Durchsatz [kg/sm] Kornabscheidung [%] KL1 KL2 KL3 Hình 13: Phần trăm tách hạt tại các máng hấng KL1, KL2, KL3 (sE/sA_DT1_20-14-10-8, DT2_12/8) 10 Hình 13 biểu diễn quan hệ giữa phần trăm tách hạt trên các máng hấng với lưu lượng cấp liệu - rơm. Qua đó cho thấy, phần trăm hạt tăng lên ở máng hấng 1 và máng hấng 2 khi lưu lượng cấp liệu tăng, trong khi đó lại giảm xuống ở máng hấng thứ 3. Ở điểm này cần có thêm nghiên cứu bổ sung nhằm giải thích nguyên nhân của hiện tượng để đánh giá tốt hơn mà luận án chưa có điều kiện thực hiện. Để đánh giá ảnh hưởng của khe hở đập tới quá trình tách hạt của bộ phận đập, trong luận án đã đưa ra phân tích đánh giá ảnh hưởng của thể tích buồng đập với phần trăm lượng hạt thông qua máng đập ứng với từng góc cấp liệu và lưu lượng cấp khác nhau. Thể tích buồng đập của trống đập thứ nhất được chia làm ba phần (V 1 , V 2 , V 3 ), hình 14. V 1 V 2 V 3 sE/sA V 1 [dm 3 ] V 2 [dm 3 ] V 3 [dm 3 ] V [dm 3 ] 20-14-10-8 3,38 2,37 1,77 7,51 20-16-12-8 3,58 2,77 1,97 8,31 22-18-14-10 3,99 3,17 2,37 9,53 24-19-14-9 4,30 3,27 2,27 9,84 Hình 14: Định nghĩa về thể tích buồng đập (đường kính trống 660 mm, bề rộng trống 800mm, V = V 1 + V 2 + V 3 ) [...]... còn sót lại sau bộ phận đập trong quan hệ với lưu lượng cấp liệu ứng với các góc cấp liệu khác nhau: hình 16 ứng với khe hở đập nhỏ nhất và hình 17 ứng với khe hở đập lớn nhất Kết quả thí nghiệm cho thấy, góc cấp liệu và khe hở đập có mối quan hệ tương tác lẫn nhau Ứng với khe hở đập nhỏ (hình 16) góc cấp liệu không có ảnh hưởng rõ rệt tới phần trăm sót hạt sau bộ phận đập Với khe hở đập lớn, hình 17,... Mô men của trống đập phụ thuộc vào các thông số làm việc Hình 21 biểu diễn quan hệ giữa mô men trống đập với góc cấp liệu ứng với khe hở đập và lưu lượng cấp liệu khác nhau Mô men trống đập đạt giá trị nhỏ nhất ứng với góc cấp liệu 70° V Kết luận Qua nghiên cứu thực nghiệm có thể tổng kết một số các kết quả sau: Với bộ phận đập cải tiến theo nguyên lý mới năng suất làm việc của máy gặt đập liên hợp... 94,5 % ứng với lưu lượng cấp liệu 9 kg/sm Qua kết quả phân tích cho thấy quan hệ giữa phần trăm sót hạt với lưu lượng cấp liệu là tuyến tính, khác với kết quả thu được trên máy gặt đập liên hợp kiểu truyền thống la hàm e (e- funktion) Từ đó cho thấy một khả năng, khi làm việc với lưu lượng cấp liệu lớn thì tổn thất ở máy gặt kiểu truyền thống tăng nhanh hơn so với máy gặt với bộ phận đập kiểu mới này... máng đập (FG )với lưu lượng cấp liệu q ứng với các góc cấp liệu khác nhau Kết quả cho thấy, khi lưu lượng cấp liệu tăng thì lực tác dụng lên máng đập cũng tăng lên theo quan hệ tuyến tính Bên cạnh đó, khi góc cấp liệu lớn thì lực tác dụng lên máng đập giảm Ứng với góc cấp liệu ϕ = 70° lực tác dụng lên máng đập nhỏ nhất Cũng với các thông số thí nghiệm này, như trên đã chỉ ra, hạt tách ra khỏi máng đập. .. của góc cấp liệu tới phần trăm sót hạt sau bộ phận đập rất rõ rệt Tại góc cấp liệu ϕ = 70° xuất hiện phần trăm sót hạt nhỏ nhất Qua đó cho thấy, góc cấp liệu 70°, tiệm cận dần với tiếp tuyến của đường cong máng đập, cho tổn thất hạt nhỏ nhất Kết quả thí nghiệm chỉ ra, ứng với lưu lượng cấp liệu lớn phần trăm sót hạt không lớn hơn 5,5 % Điều này tương ứng với tổng phần trăm tách hạt khỏi bộ phận đập là... ứng với góc cấp liệu gần tiếp tuyến với máng đập giảm 220 20-16-12-8 (6) 22-18-14-10 (6) Drehmoment [Nm] 200 20-14-10-8(7) 20-16-12-8 (7) 180 22-18-14-10 (7) 160 20-14-10-8(8) 20-16-12-8 (8) 140 22-18-14-10 (8) 20-14-10-8(9) 120 20-16-12-8 (9) 100 40 50 60 70 80 22-18-14-10 (9) Zuführwinkel [°] Hình 21: Quan hệ giữa mô men của trống đập thứ nhất với góc cấp liệu ứng với khe hở đập và lưu lượng cấp liệu. .. hạt do đập và phân loại cũng như tổn thất do nứt vỡ giảm, khối lượng máy và qua đó áp suất của bánh lên đất làm việc cũng như chi phí năng lượng riêng giảm Thông qua việc cấp liệu (đưa lúa vào bộ phận đập) theo hướng tiếp tuyến, lúa sẽ ít bị dập nát và xé nhỏ, qua đó chi phí năng lượng riêng giảm Trống đập thứ nhất ngoài việc đập và tách hạt đồng thời giữ vai trò tăng tốc cho trống đập thứ hai Khi... đạt 94,5% tương ứng với lưu lượng cấp liệu 9 kg/sm Với góc cung cấp ϕ = 70° tổng lượng hạt tách ra khỏi máng đập tăng lên là 96% Tổng lượng hạt tách ra khỏi máng đập ở trống đập thứ nhất thay đổi từ 70% bis 80% tương ứng với lưu lượng cấp liệu từ 6 kg/sm đến 9 kg/sm Để giảm bớt chi phí thí nghiện và có thể dự báo trước khả năng làm việc của bộ phận đập đề tài nghiên cứu cũng đã tìm ra hàm thực nghiệm... 17 Cả hai hàm SK = (1-abl)*100% và SK = (1 – A1e-l/t1)*100% đều đưa ra các kết quả rất sát với kết quả thực nghiệm Diều này đúng với cả hàm “sót hat” RK Nghiên cứu cũng đã chứng minh, việc cấp liệu theo hướng tiếp tuyến có lợi cho việc tách hạt và đồng thời hiện tượng dập nát, xé nhỏ rơm cũng như chi phí năng lượng riêng giảm Tương ứng với độ cấp hạt riêng 9 kg/sm, chi phí năng lượng riêng ứng với góc... hạt với lưu lượng cấp liệu ứng với các góc cấp liệu khác nhau sE/sA_DT1_20-14-10-8,DT2_ 12/8 12 6.0 5.5 Kornverlust [%] 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 5 6 7 8 spez Gesamtdurchsatz q [kg/sm] 9 10 ZW 50 ZW 60 ZW 70 Hình 17: Quan hệ giữa phần trăm sót hạt với lưu lượng cấp liệu ứng với các góc cấp liệu khác nhau sE/sA_ DT1_ 22-18-14-10, DT2_ 12/8 Hình 16 và hình 17 biểu diễn phần trăm hạt còn sót lại sau bộ . nghiệm với bộ phận đập hai trống đập Nguyên liệu đập từ băng truyền 1 qua bộ phận cấp liệu 2 được đưa vào trống đập thứ nhất theo hướng tiếp tuyến. Dòng nguyên liệu đập tiếp tục qua trống đập. máng đập. Hạt và một phần rơm vụn tách ra khỏi máng dập ϕ Hình 3: Bộ phận đập với kiểu cấp liệu tiếp tuyến Thông qua việc cấp liệu theo góc cung cấp tiếp tuyến với trống đập đập. 1 TÓM TẮT Luận án tiến sĩ Nghiên cứu cơ bản về bộ phận đập hai trống đập kiểu tiếp tuyến với hướng cấp liệu tiếp tuyến (Grundlagenuntersuchungen zur Kombination von