Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu động lực học quá trình ép rơm của máy ép rơm kiện vuông

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:58

Thêm vào BST

Báo xấu

31
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của luận văn nhằm xây dựng được mô hình động lực học quá trình cấp và ép rơm trong máy thu gom rơm đóng kiện vuông. Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở cho việc thiết kế và hoàn thiện máy sau này. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu động lực học quá trình ép rơm của máy ép rơm kiện vuông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ---------------- ----------------- NGUYỄN ĐÌNH VIỆN NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH ÉP RƠM CỦA MÁY ÉP RƠM KIỆN VUÔNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Hà Nội, năm 2011
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ---------------- ----------------- NGUYỄN ĐÌNH VIỆN NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH ÉP RƠM CỦA MÁY ÉP RƠM KIỆN VUÔNG Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa nông lâm nghiệp Mã số: 60.52.14 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. Đậu Thế Nhu Hà Nội, năm 2011
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Rơm rạ trong sản xuất lúa, lúa mì là nguồn phụ phẩm có khối lượng lớn và có thể sử dụng, chế biến thành nhiều sản phẩm có hiệu quả kinh tế như làm phân bón hữu cơ, thức ăn chăn nuôi, nhiên liệu, nguyên liệu sản xuất giấy.... Từ kết quả điều tra cho thấy, ở Việt Nam hàng năm có khoảng 20 triệu tấn rơm và đây là nguồn thức ăn thô quan trọng cho chăn nuôi trâu bò, đặc biệt là vào mùa khô và mùa đông, nhưng lượng rơm sử dụng hiện nay chưa nhiều. Ở nước ta hiện nay, việc xử lý và sử dụng rơm chưa được quan tâm đúng mức, còn mang tính tự phát, việc thu gom rơm trên đồng hoàn toàn bằng phương pháp thủ công. Lượng rơm thu gom sử dụng không đáng kể, đại bộ phận được đốt trên đồng và tự huỷ làm ô nhiễm môi trường. Đây là một sự lãng phí rất lớn phụ phẩm trong nông nghiệp. Giải quyết vấn đề này thực sự là một yêu cầu bức xúc, có ý nghĩa kinh tế, xã hội và môi trường. Do đó, cần có những giải pháp hợp lý, để tận thu sử dụng rơm rạ góp phần tăng thu nhập cho nông dân trồng lúa ở Việt Nam. Ở các nước phát triển việc sử dụng rơm được quan tâm như một ngành công nghiệp. Từ khâu thu gom, đóng kiện lớn, vận chuyển, bảo quản, chế biến đều được cơ giới hoá với các hệ thống thiết bị đồng bộ. Ở các nước này việc thu hoạch lúa, lúa mì đều thực hiện bằng máy liên hợp thu hoạch, rơm được rải trên đồng. Ngoài việc sử dụng rơm làm thức ăn thô cho ngựa, trâu, bò đều quan tâm đến việc chế biến rơm làm thức ăn gia súc có hiệu quả cao. Việc chế biến rơm nhằm mục tiêu nâng cao các chỉ tiêu về dinh dưỡng, năng lượng và hệ số tiêu hoá. Hiệu nay có nhiều công nghệ chế biến rơm làm thức ăn chăn nuôi như xử lý hoá học, lý hoá kết hợp và xử lý vi sinh. Trong đó chủ yếu là công nghệ xử lý hoá học và xử lý vi sinh. Để sử dụng rơm có hiệu quả ở nước ta hiện nay trước hết phải giải quyết việc cơ giới hoá thu gom, đóng kiện, với công nghệ và thiết bị phù hợp. Việc
2 nghiên cứu công nghệ và hệ thống thiết bị để thu gom đóng kiện, bảo quản, sử dụng chế biến rơm theo hướng công nghiệp là yêu cầu thực tế, cấp bách cần được nghiên cứu giải quyết đồng bộ để mang lại hiệu quả kinh tế xã hội góp phần công nghiệp hoá nông nghiệp, nông thôn. Đây là tiền đề đảm bảo nguồn nguyên liệu với giá rẻ và ổn định để sản xuất, chế biến ra các sản phẩm có giá trị hàng hoá. Hiện nay trên thế giới phổ biến là hai loại máy đóng kiện rơm: - Máy đóng kiện vuông có thể đóng kiện với độ chặt cao (khối lượng riêng lớn) và điều chỉnh kích thước kiện, vận chuyển và xếp kho bảo quản thuận lợi hơn. - Máy đóng kiện tròn, có kết cấu dơn giản hơn, tuy nhiên độ chặt của kiện thường nhỏ hơn máy đóng kiện vuông. Trong thời gian qua, Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch đã nghiên cứu thành công máy thu gom rơm kiện vuông, nhìn chung đã đáp ứng yêu cầu sản xuất. Tuy nhiên máy đóng kiện vuông có cấu tạo phức tạp. Hệ thống nén ép theo kết cấu pit-tông tay quay, việc cấp liệu theo chu kỳ nên gây ra những xung lực lớn. Quá trình cấp liệu, ngoài trống vơ, máy sử dụng bộ phận vơ là cơ cấu 4 khâu có quá trình đi và về. Để máy có thể làm việc ổn định, quá trình cấp rơm không bị ứ tắc, máy làm việc không bị quá tải cần xây dựng cơ sở khoa học các quá trình này làm cơ sở cho việc thiết kế máy. Được sự đồng ý của Ban giám hiệu Trường Đại học Lâm nghiệp và Ban chủ nhiệm khoa sau Đại học, tôi thực hiện luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật với tên đề tài: “Nghiên cứu động lựu học quá trình ép rơm của máy ép rơm kiện vuông”
3 Ý nghĩa khoa học của đề tài: - Xây dựng mô hình 3D, mô phỏng động kết cấu máy thu gom rơm kiện vuông bằng phần mềm Inventer, dynamic designer, cosmos motion. - Ứng dụng phần mềm máy tính (Exel, dynamic designe, cosmos motion) tính toán mô phỏng động lực học quá trình ép rơm của máy thu gom rơm kiện vuông. - Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở khoa học cho việc thiết kế máy. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: Kết quả nghiên cứu động lực học máy thu gom rơm kiện vuông là cơ sở cho việc hoàn thiện máy để đảm bảo hơn về độ bền, kiểu dáng công nghiệp và máy làm việc ổn định hơn cũng như giảm giá thành mẫu máy. Từ đó, máy có thể được chế tạo hàng loạt sẽ có giá thành rẻ hơn máy nhập ngoại rất nhiều hướng tới máy thu gom rơm kiện vuông trở thành sản phẩm công nghiệp có thể cạnh tranh trên thị trường trong nước cũng như quốc tế, góp phần mang lại hiệu quả kinh tế xã hội góp phần công nghiệp hoá nông nghiệp, nông thôn.
4 Chương I TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC VÀ TRONG NƯỚC 1.1. 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.Ltd đã cung cấp cho sản xuất hai loại máy MRB0850, MRB0870 đóng
6 kiện tròn mi ni liên hợp với máy kéo công suất 13- 22 KW và 20- 30 KW. Kiện có kích thước: Đường kính 0,5 m, rộng 0,7 m; Đường kính 0,5 m, rộng 0,7 m; Hiện nay, ở các nước phát triển vẫn sử dụng đồng thời các loại máy đóng kiện vuông và kiện tròn. Mỗi loại đều có ưu thế riêng: Máy đóng kiện vuông có thể đóng kiện với độ chặt cao (khối lượng thể tích lớn) và điều chỉnh kích thước kiện, vận chuyển và xếp kho bảo quản thuận lợi hơn. Nhưng máy có cấu tạo phức tạp, kiện phải buộc dây, chi phí năng lượng cao. Máy đóng kiện tròn có cấu tạo đơn giản, kích thước nhỏ gọn, kiện không phải buộc dây. Nhưng kiểu máy này không đóng được kiện yêu cầu có độ chặt cao và không điều chỉnh được kích thước kiện. 1.2. Tổng quan tình hình thu gom, sử dụng rơm ở nước ta (Việt Nam) 1.2.1. Tình hình sử dụng rơm Trước đây trong thời kỳ sản xuất lúa mang tính chất tự cung, tự cấp cùng với công nghệ thu hoạch thủ công các hộ nông dân đều thu hoạch rơm, rạ. Rơm được phơi khô đánh đống để bảo quản sử dụng dần. Rơm rạ được sử dụng để đun nấu, lợp nhà, làm thức ăn cho trâu bò cày kéo, lót chuồng nuôi gia súc, làm phân chuồng..v.v. Trong hơn 20 năm đổi mới, sản xuất lúa ở nước ta đã chuyển sang sản xuất lúa hàng hoá, có bước phát triển vượt bậc. So với năm 1983 diện tích trồng lúa tăng từ 5,9 triệu ha lên 7,3 triệu ha, sản lượng từ 14,500 triệu tấn tăng lên 35 triệu tấn và theo đó hàng năm có khoảng trên 30 triệu tấn rơm rạ. Cùng với sự phát triển kinh tế xã hội và mức độ cơ giới hoá cao, nhưng nhu cấu sử dụng rơm rạ làm chất đốt, lợp nhà, ... không còn nữa, đại bộ phận rơm không được thu gom sử dụng.
7 Những năm gần đây cùng với sự phát triển của ngành chăn nuôi bò sữa và sản xuất nấm ở các địa phương, hàng năm có vài chục ngàn tấn rơm (chủ yếu là rơm khô vụ đông xuân) được thu gom hoàn toàn bằng phương pháp thủ công để làm thức ăn thô cho bò và chất nền trồng nấm: + Rơm sử dụng làm thức ăn thô cho bò sữa Trong những năm gần đây ngành chăn nuôi bò sữa ở nước ta phát triển rất nhanh. Tổng đàn 18.700 con năm 1995 đã tăng tới 95.000 con năm 2005. Để đáp ứng nhu cầu về thức ăn, ngoài việc trồng cỏ làm thức ăn thô việc sử dụng rơm đã trở thành nhu cầu không thể thiếu. Rơm làm thức ăn thô cho bò chỉ cần thu gom phơi khô, chất đống bảo quản cho ăn dần. Với một con bò đang vắt sữa khẩu phần ăn trong khoảng 20 - 25kg/ngày, trong đó rơm lúa thường chiếm 10 - 15%. Như vậy hàng năm cần thu gom sử dụng khoảng 70.000 tấn rơm khô [1]. + Rơm làm chất nền trồng nấm Việc trồng nấm được phát triển ở hầu hết các tỉnh vùng trồng lúa. Rơm được sử dụng làm chất nền để trồng các loại nấm rơm, nấm bào ngư. Việc xử lý rơm được thực hiện ở các hộ gia đình. Như vậy, đại bộ phận rơm đã không được thu gom. Việc xử lý rơm không thu gom ở các vùng sản xuất lúa chính ở nước ta có những đặc điểm khác nhau phụ thuộc vào quy mô sản xuất, mùa vụ thời tiết khí hậu và phương pháp thu hoạch hiện nay [2]. Phương pháp xử lý rơm không thu gom ở các vùng sản xuất chính ở nước ta cũng có những đặc điểm khác nhau do quy mô sản xuất của hộ gia đình, mùa vụ, thời tiết khí hậu và phương pháp thu hoạch hiện nay. Ở vùng ĐBSH: Qui mô sản xuất nhỏ (khoảng 3 - 4 sào/hộ). Thu hoạch bằng phương pháp gặt vận chuyển thủ công. Đập lúa hầu hết bằng máy đập lúa liên hoàn được thực hiện trên đường, bờ mương, vì vậy rơm phun thành
8 từng đống nhỏ. Vụ mùa, rơm khô được xử lý bằng cách đốt đống. Vụ chiêm, thường để rơm tự huỷ gây ra ách tắc kênh mương, ô nhiễm môi trường. Rơm rạ để lại trên đồng được cày bừa và lấp làm phân xanh. Ở vùng ĐBSCL: Qui mô sản xuất hộ gia đình lớn hơn (một vài hecta/hộ), thu hoạch chủ yếu hiện nay bằng phương pháp hai giai đoạn, gặt bằng tay hoặc máy gặt rải hàng, lúa được đập ngay trên đồng bằng máy đập liên hợp năng suất lớn, rơm được phun thành những đống lớn. Trong một vài năm gần đây phương pháp thu hoạch một giai đoạn bằng máy gặt đập liên hợp bắt đầu phát triển, hiện nay có khoảng 1000 máy. Trong vài năm tới, do tình trạng khan hiếm lao động nông thôn việc ứng dụng máy liên hợp thu hoạch lúa sẽ tăng nhanh có thể thu hoạch tới 10% diện tích. Với phương pháp thu hoạch bằng máy gặt đập liên hợp, rơm được phun rải trên đồng. Vụ đông xuân thu hoạch lúa khô, rơm được phun rải trên đồng phơi khô để đốt cùng gốc rạ. Vụ hè thu rơm ướt, rơm rạ trên đồng được các máy làm đất nhấn xuống bùn làm phân xanh. Tình hình sử dụng và xử lý rơm rạ trên đây cho thấy việc thu gom, sử dụng rơm rạ ở nước ta hiện nay vừa lãng phí nguồn tài nguyên có giá trị vừa gây ô nhiễm môi trường. Giải quyết vấn đề này thực sự là một yêu cầu bức xúc, có ý nghĩa kinh tế, xã hội và môi trường. 1.2.2. Một số kết quả nghiên cứu sử dụng rơm rạ trong những năm gần đây. - Sử dụng rơm rạ làm phân bón [3,4]. Trước đây việc sử dụng rơm rạ làm phân xanh, phân chuồng để bón cho lúa đã được ứng dụng rộng rãi ở nước ta nhất là các tỉnh phía Bắc. Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu của các nhà khoa học nông nghiệp hàng đầu ở nước ta về phương pháp chế biến, sử dụng và hiệu quả của các loại phân này.
9 Trong 20 năm trở lại, cùng với sự phát triển của sản xuất lúa hàng hoá, nhằm nâng cao năng suất và sản lượng, nông dân đã chuyển sang dùng nhiều phân hoá học. Hàng năm nước ta đã sử dụng hàng triệu tấn phân hoá học và chủ yếu là nhập khẩu. Việc sử dụng phân hoá học, cũng như rơm rạ không được thu gom, đốt trên đồng đã gây ra nhiều tác động xấu như làm thoái hoá đất trồng, ô nhiễm môi trường… Vì vậy việc xử lý rơm rạ làm phân hữu cơ đã được các địa phương và các cơ quan khoa học quan tâm nghiên cứu. Các nghiên cứu gần đây theo hướng sử dụng công nghệ vi sinh để phân huỷ chất hữu cơ trong rơm rạ và bổ sung các vi sinh vật chức năng như vi sinh vật kháng một số bệnh cây trồng, vi sinh vật cố định đạm, phân huỷ phốt phát khó tan…. Theo hướng nghiên cứu này phải kể tới các công trình nghiên cứu của Viện Công nghệ sinh học - Viện khoa học và công nghệ Việt Nam. Sau nhiều năm nghiên cứu các nhà khoa học của Viện đã tuyển chọn được nhiều tập hợp các chủng vi sinh vật có khả năng phân huỷ chất hữu cơ và sản xuất được các chế phẩm vi sinh vật Micromix 3, Vixura để xử lý rơm rạ trên đồng trong thời gian 17 - 25 ngày để làm phân hữu cơ có hàm lượng mùn > 50%. Kết quả nghiên cứu được ứng dụng thử nghiệm 75ha ở Nam Định, 30ha ở Bắc Ninh trong 4 vụ cho hiệu quả giảm được 30% lượng phân hoá học, năng suất lúa tăng 15% so với đối chứng. Tuy nhiên với phương pháp thu gom, xử lý tại ruộng bằng thủ công hiện nay đã hạn chế khả năng mở rộng ứng dụng trong sản xuất. - Sử dụng rơm làm thức ăn chăn nuôi [5,4,1,6,7,8]. Việc sử dụng rơm làm thức ăn chăn nuôi bò được nghiên cứu và sử dụng theo hai phương pháp chủ yếu là: - Sử dụng rơm trực tiếp làm thức ăn thô. Rơm khô được cho ăn trực tiếp hoặc băm nhỏ trộn với cỏ tươi băm nhỏ, cám tổng hợp, rỉ mật, men bia tạo thành thức ăn tổng hợp theo khẩu phần (hay
10 còn gọi là thức ăn TMR). Với 1 con bò đang vắt sữa, khẩu phần ăn trong khoảng 20 - 25kg/ngày trong đó rơm lúa thường chiếm 10 - 15%. - Xử lý rơm bằng phương pháp urê. Việc sử dụng rơm khô làm thức ăn cho bò có giá trị dinh dưỡng thấp (ít protein, khoáng chất và gluxit dễ lên men), tỷ lệ tiêu hoá thấp do chất xơ trong rơm khó tiêu. Vì vậy các nhà khoa học chăn nuôi ở nước ta dùng phương pháp xử lý rơm bằng urê. Từ những năm 1990 đến nay đã có nhiều công trình nghiên cứu theo hướng này của Viện Chăn nuôi, Viện Thú y, Trường ĐHNN1 Hà Nội, ĐH Nông Lâm Huế với các kết quả chính là: + Kết quả xử lý rơm với urê công thức 2,5 kg urê, 0,5 kg vôi, 100 lít nước, 100kg rơm khô để chăn nuôi bò thịt đạt hiệu quả tăng trọng cao hơn đối chứng 23,7%. + Đã nghiên cứu đánh giá các chỉ tiêu thức ăn của rơm xử lý urê (tỷ lệ 3 - 5%) cho thấy hàm lượng xơ thô, NDF, ADF và lignin trong rơm giảm đáng kể, tỷ lệ tiêu hoá tăng 39,3% so với đối chứng. + Kết quả xử lý rơm bằng urê tỷ lệ 4% đã làm tăng hàm lượng Protein thô và giảm hàm lượng NDF, hemicelluloza; + Ứng dụng phương pháp xử lý urê ở điều kiện nông hộ cho thấy xử lý urê làm tăng giá trị nuôi dưỡng và tốc độ sinh trưởng của bò. - Xử lý rơm bằng vi sinh (ủ lên men) Việc sử dụng các chủng vi khuẩn L. plantarum, L. fermentum để lên men rơm lúa đã làm tăng đáng kể chất lượng của rơm lúa và kéo dài thời gian bảo quản. Nhưng việc lên men rơm lúa bằng vi sinh vật mới chỉ được thực hiện ở các trang trại nhỏ lẻ bằng cách dùng túi nilông buộc kín và các vi sinh vật có sẵn trên nguyên liệu để lên men. Điều này đã khiến cho các sản phẩm tạo ra không giữ được lâu. Chính vì vậy, việc nghiên cứu sử dụng biện pháp cấy
11 giống thuần chủng để nâng cao chất lượng của quá trình ủ chua rơm nguyên liệu dùng làm thức ăn cho gia súc là việc làm hết sức cần thiết. Phòng Nghiên cứu Vi sinh vật sau thu hoạch, Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch đã bước đầu nghiên cứu công nghệ lên men lactic rơm làm thức ăn cho bò sữa với mục đích bổ sung thêm vi khuẩn lactic có tính chất trợ sống (Probiotic) vào rơm nhằm kích thích khả năng tiêu hoá, cân bằng hệ vi sinh vật đường ruột. Kết quả sau khi xử lý rơm bằng urê 2%, thuỷ phân xellulaza bằng dịch enzyme nấm mốc Neurospoza crassa và kết hợp vi khuẩn L. acidophillus bò sữa đã tiếp nhận sản phẩm lên men này (100g rơm/con). Việc cấp bách hiện nay là hoàn thiện công nghệ này phù hợp với sản xuất đặc biệt với hình thức thu gom rơm dạng kiện và lô. - Các ứng dụng khác của rơm Một lượng rơm đáng kể hiện nay được sử dụng vào việc trồng nấm. Công nghệ làm nấm từ rơm hiện đã được áp dụng đại trà vào sản xuất. Việc cần thiết hiện nay là tạo ra nguồn rơm chủ động về số lượng cũng như chất lượng cho việc này. Các sản phẩm khác từ rơm như ván ép, sản xuất cồn, giấy bao bì... từ rơm là một lĩnh vực rất rộng, hiện vẫn chưa được nghiên cứu sâu và khả năng thành công chưa thể đánh giá được. - Nghiên cứu các thiết bị xử lý rơm rạ [9, 10] Do việc sử dụng rơm rạ ở nước ta chưa được quan tâm, nên yêu cầu về thiết bị mới chỉ xuất hiện vào những năm gần đây ở các cơ sở chăn nuôi bò sữa phục vụ cho yêu cầu sử dụng rơm làm thức ăn. Đến nay việc thu gom rơm hoàn toàn là thu gom rơm rời bằng phương pháp thủ công. Để đáp ứng yêu cầu bảo quản rơm cho các cơ sở nuôi bò sữa quy mô nhỏ, năm 2004 Công ty Z755 đã chế tạo máy đóng kiện rơm, máy làm việc tĩnh tại có năng suất 1 t/h buộc kiện được thực hiện bằng tay. Năm 2004 Viện cơ điện nông nghiệp và
12 công nghệ sau thu hoạch đã nghiên cứu chế tạo máy đóng kiện rơm với cơ cấu ép thuỷ lực máy làm việc tĩnh tại với năng suất 10 kiện/giờ. Máy đã được thử nghiệm phục vụ cho việc đóng kiện rơm để bảo quản ở các cơ sở chăn nuôi bò sữa Ba Vì - Hà Tây. Thiết bị sản xuất phân vi sinh bao gồm các máy nghiền sàng, trộn, đóng bao.Các hệ thống sản xuất phân vi sinh tương đã được nghiên cứu tương đối đầy đủ. Đã có dự án sản xuất thử nghiệm cấp nhà nước về lĩnh vực này và hiện nay các thiết bị đã phát triển thành hàng hoá. Vì vậy đề tài sẽ không nghiên cứu về vấn đề này. Năm 2006 để phục vụ yêu cầu trộn thức ăn tổng hợp cho bò sữa (cỏ tươi, rơm khô, thức ăn tinh, rỉ mật, bã bia) theo khẩu phần, Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch đã nghiên cứu thiết kế máy trộn TMR - 100 theo nguyên lý trộn guồng có kết hợp cặp vít tải, máy có năng suất 100 kg/mẻ. Hiện nay Viện đang tiếp tục nghiên cứu máy thái rơm rối để làm thức ăn cho gia súc. Việc nghiên cứu các thiết bị thu gom, đóng kiện, bảo quản, xử lý và chế biến rơm ở nước ta hiện nay chưa được quan tâm, một vài thiết bị nêu trên chủ yếu mới sản xuất đơn chiếc phục vụ cho việc sử dụng rơm làm thức ăn thô cho bò ở quy mô sản xuất nhỏ. 1.2.3. Tình hình nghiên cứu các thiết bị thu gom, đóng kiện rơm, rạ ở nước ta (Việt nam): Ở nước ta hiện nay, việc xử lý và sử dụng rơm rạ chưa được quan tâm đúng mức, còn mang tính tự phát, việc thu gom rơm trên đồng hoàn toàn bằng phương pháp thủ công. Lượng rơm thu gom sử dụng không đáng kể, đại bộ phận được đốt trên đồng và tự huỷ làm ô nhiễm môi trường. Yêu cầu về thiết bị thu gom rơm rạ mới chỉ xuất hiện vào những năm gần đây ở các cơ sở chăn nuôi bò sữa phục vụ cho yêu cầu sử dụng rơm làm
13 thức ăn. Trước yêu cầu phát triển nhanh đàn bò, nhất là đàn bò sữa, việc tận thu rơm, cả ở những vùng có đàn trâu, bò kém phát triển, tận thu để chuyển bán cho những vùng phát triển mạnh trâu bò, sẽ có lợi rất lớn cho cả hai phía. Để tận dụng tốt nguồn rơm hiện có vào phát triển đàn trâu bò, làm nguyên liệu trồng nấm,... hiện nay việc thu gom,bảo quản rơm rạ khô áp dụng các biện pháp sau: Đánh đống rơm: Đây là phương pháp bảo quản rơm đơn giản và phổ biến rộng rãi nhất hiện nay. Khi phơi rơm đảm bảo độ ẩm 9 - 10%, trông rơm vẫn còn màu xanh là thu về đánh đống kịp thời ngay. Nơi đánh đống rơm cao ráo, thoáng, không bị ẩm ướt, không đánh đống rơm dưới các tán cây to. Khi cần sử dụng làm chất đốt hay làm thức ăn cho trâu, bò,... thì rút dần từ phía dưới. Hình 1.1. Hình ảnh rơm được đánh đống Đóng bánh rơm rạ: Đóng bánh rơm rạ như đóng bánh cỏ khô ở các nước có bãi cỏ lớn. Việc ép rơm rời thành từng bánh rơm, giúp việc lưu kho, chuyên chở dễ dàng với số lượng lớn bằng các phương tiện như ghe, xe tải… Bánh rơm có kích thước 50 cm x 50cm. Mỗi bánh rơm được đóng có thể giảm thể tích so với đánh đống từ 5 - 6 lần mà lại dễ bảo quản, có thể xếp vào các
14 nhà kho rất đảm bảo cả về số lượng và chất lượng. Một số nơi có sử dụng thiết bị ép thủ công theo nguyên lý ép trục vít nhưng với quy mô nhỏ. Máy ép thủ công có thể ép kiện có khối lượng 10 – 20 kg, nhưng độ chặt không cao, đòi hỏi chi phí nhiều công lao động. Phương pháp đóng thủ công có thể đóng khuôn bằng gỗ hay bằng sắt có kích thước bánh như trên. Xếp rơm vào rồi dùng bàn ép, ép chặt rơm xuống, sau dùng dây thép hay đai sắt cố định. Một số cơ sở như: Nhà máy Thông tin điện tử Z755, Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch đã nghiên cứu chế tạo máy ép rơm kiện. Máy ép rơm của nhà máy Z755 làm việc theo nguyên lý ép pitong có cấu tạo gần giống với máy ép CM-5, 0A. Hình 1.2. Máy ép CM-5,0A 1. Phễu nạp; 2. Bộ phận dồn cỏ; 3. Hệ thống truyền động chính; 4. Khung; 5. Pittông; 6. Buồng tiếp nhận; 7. Ngàm; 8. Buồng ép; 9. Đáy; 10. Nắp; 11. Bộ phận điều chỉnh độ chặt; 12. Băng truyền; 13. Cơ cấu tay quay.
15 Khi vận hành, cho rơm vào với lượng 1/2 - 2/3 khoang chứa rơm, lúc này rơm sẽ ép vào buồng ép và tạo thành từng bánh rơm với chiều dài và khối lượng theo ý muốn. Máy ép rơm có thể chạy bằng máy nổ hoặc môtơ điện, năng suất làm việc từ 6 đến 8 tấn/ca. Hình 1.3. Máy ép rơm tạp của Nhà máy thông tin điện tử Z775 Máy có cấu tạo gồm: máy nổ, dây đai, tay gạt, căng đai, bánh đà, khay rơm, chày mổ, ván ép, bộ phận giữ ván, bộ phận siết nắp, khoang chứa rơm và máng hứng. Máy có khối lượng 1250kg, kích thước 5000 x 1650 x 2100mm, công suất làm việc 7,5 HP và công suất tối đa lên tới 9,5 HP. Bánh rơm ép chặt hay lỏng phụ thuộc vào bulông điều chỉnh siết nắp, nếu vặn vào thì bánh rơm chặt, nới lỏng ra thì bánh rơm lỏng. Năng suất của máy phụ thuộc vào tốc độ của máy nổ được điều chỉnh ở cần khi. Khi những tấm ván ngăn cách đã nằm trong buồng ép thì tiến hành luồn dây cột bó rơm, đầu tiên luồn dây vào kim xỏ dây (kích cỡ phi 8 - phi 10) bằng thép rồi luồn kim qua khe tấm ván và cột bánh rơm lại. Máng hứng lúc này được mở ra để đẩy bánh rơm ra ngoài. Máy có đặc điểm là làm việc liên tục do đó cho năng suất cao (khoảng 1 tấn/giờ, trọng lượng một kiện trung bình khoảng 20 kg), có thể thay đổi kích thước khuôn ép. Nhưng có nhược điểm là kích thước cồng kềnh, chiếm nhiều
16 diện tích, khó di chuyển nên thường đặt cố định, việc buộc kiện sau khi đóng thực hiện bằng tay. Máy có công suất lớn và nạp liệu liên tục nên phải tập kết một khối lượng lớn rơm hoặc cỏ khô tại nơi ép do đó chi phí vận chuyển cao (do rơm hoặc cỏ khô phải đem từ nơi khác đến nơi ép); phải có một diện tích lớn để tập kết nguyên vật liệu. Điều này là chưa phù hợp với quy mô của nông hộ, trang trại chăn nuôi và của cả người làm dịch vụ. Sản phẩm máy ép rơm này hiện được sử dụng ở một số khu vực Đông Nam Bộ, Tây Nam Bộ. Hiện xí nghiệp đã chuyển giao 10 máy cho các tỉnh An Giang, Đồng Tháp và quận 12 TP HCM với giá khoảng 40 triệu đồng/máy. Năm 2004, Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch đã nghiên cứu chế tạo máy đóng kiện rơm với cơ cấu ép thuỷ lực máy làm việc tĩnh tại với năng suất 10 -15 kiện/giờ, kích thước kiện 30 x 40 x 50 cm, trọng lượng một kiện từ 10-12 kg. Máy có cấu tạo nhỏ gọn, dễ vận chuyển, có thể sử dụng động cơ điện hay động cơ diesel. Máy đã được chuyển giao phục vụ cho việc đóng kiện rơm để bảo quản ở các cơ sở chăn nuôi bò sữa các tỉnh Hà Tây, Hà Nội, Thanh Hoá, Lâm Đồng, Tây Nguyên. Hình 1.4. Máy ép rơm rối loại nhỏ (tĩnh tại và di động) của Viện CĐNN&CNSTH
17 Trên cơ sở phân tích đặc điểm cấu tạo, nguyên lý làm việc cũng như tính năng làm việc của các máy ép rơm như đã nêu trên cho thấy các máy trên đã đáp ứng được công việc ép rơm thành kiện. Tuy nhiên, máy làm việc vẫn còn cần nhiều tới sự trợ giúp của sức người trong khâu đưa rơm vào máy do không có bộ phận cào rơm, đưa rơm lên ép và buộc dây cho kiện rơm cũng chưa tự động hóa. Thời gian vừa qua,Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch đã thực hiện đề tài cấp nhà nước mã số: KC.07.10/06-10 “Nghiên cứu công nghệ và thiết bị thu gom, bảo quản và chế biến rơm rạ sử dụng có hiệu quả“. Máy thu gom rơm kiện vuông là một trong các sản phẩm của đề tài (Hình 1.5). Hình 1.5. Máy thu gom rơm kiện vuông Phạm vi ứng dụng: Dùng để thu gom rơm theo công nghệ thu hoạch lúa 1 giai đoạn hay nhiều giai đoạn (rơm đống). Máy thu gom đóng kiện vuông khi thực hiện thu gom rơm rải trên đồng theo công nghệ thu hoạch lúa 1 giai đoạn, với kích thước khá lớn, phù hợp với những vùng có lô thửa lớn. Qua kết quả khảo nghiệm của đề tài cho thấy máy đóng kiện rơm vuông có chất lượng làm việc tốt, đáp ứng được yêu cầu. Độ chặt kiện có thể điều chỉnh . Kích thước kiện rơm nhỏ gọn phù hợp cho lao động bốc dỡ. Độ chặt
18 kiện rơm đáp ứng được yêu cầu đề ra. Máy có thể thu gom và đóng kiện cả rơm tươi và rơm khô. Tuy nhiên mẫu máy cần tiếp tục được hoàn thiện nhằm đảm bảo hơn về độ bền, kiểu dáng công nghiệp cũng như giảm giá thành mẫu máy để có thể chế tạo hàng loạt sẽ có giá thành rẻ hơn máy nhập ngoại rất nhiều hướng tới máy thu gom rơm kiện vuông trở thành sản phẩm công nghiệp có thể cạnh tranh trên thị trường trong nước cũng như quốc tế. Kết quả khảo nghiệm máy cho thấy “Nghiên cứu động lực học quá trình ép rơm của máy ép rơm kiện vuông” là rất cần thiết. 1.3. Phần mếm ứng dụng nghiên cứu động lực học quá trình ép rơm của máy ép rơm kiện vuông 1.3.1. Phần mềm mô phỏng Autodesk Inventor Autodesk Inventor là hệ thống CAD phổ biến nhất và được nhiều người sử dụng nhất hiện nay để mô hình hóa 3D các sản phẩm cơ khí. Hệ thống này là công cụ hỗ trợ cho nhà thiết kế thực hiện công việc thiết kế sản phẩm một cách nhanh chóng và chính xác. Autodesk Inventor là hệ thống mô hình hóa 3D dạng tham số solid có khả năng mô hình hóa mặt cong. Hệ thống này được sử dụng để tạo các chi tiết solid 3D, các bản vẽ lắp từ các chi tiết solid, mô phỏng lắp ráp, mô phỏng động học, tạo bản vẽ 2D từ mô hình 3D và thư viện các chi tiết cơ khí tiêu chuẩn. Autodesk Inventor cho ra một mô hình chính xác trực quan sinh động, xác nhận các chức năng của một bản vẽ trước khi nó được xây dựng, đồng thời giúp các nhà sản xuất giảm một phần chi phí đáng kể. Tái sử dụng một cách an toàn các dữ liệu DWG cũng như các lợi ích của Prototyping. Cung cấp khả năng đọc và viết trực tiếp cho file DWG trong khi đó vẫn duy trì kết hợp đầy đủ các mô hình 3D. Kỹ sư có thể tái sử dụng an toàn giá trị file