Nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo máy cắt cỏ chuyên dùng chăm sóc vườn cây ăn trái

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌCCẤP TRƯỜNG Tên đề tài “Nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo máy cắt cỏ chuyên dùng chăm sóc vườn cây ăn trái” Mã số đề tài 201 1CK06 Chủ nhiệm đề tài ThS Trần Ngọc Thoại Đơn vị thực hiện Trường Đại học Công nghiệp Tp HCM Tp HCM – 2021 2 LỜI CẢM ƠN Chủ nhiệm đề tài cùng toàn thể thành viên của nhóm nghiên cứu xin chân thành cảm ơn Trường đại học Công ng.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC

KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌCCẤP TRƯỜNG

Tên đề tài: “Nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo máy cắt cỏ

chuyên dùng chăm sóc vườn cây ăn trái”

Mã số đề tài: 20/1.1CK06

Chủ nhiệm đề tài: ThS Trần Ngọc Thoại

Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Công nghiệp Tp HCM

Tp.HCM – 2021

2

LỜI CẢM ƠN

Chủ nhiệm đề tài cùng toàn thể thành viên của nhóm nghiên cứu xin chân thành cảm ơn Trường đại học Công nghiệp Tp.HCM đã tin tưởng và ủng hộ nhóm nghiên cứu thực hiện đề tài “Nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo máy cắt cỏ chuyên dùng chăm sóc vườn cây ăn trái”

Chúng tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ máy Công nghiệp (R&Dtech), đã nhiệt tình tư vấn hỗ trợ chúng tôi trong quá trình thực hiện đề tài này

Đặc biệt cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình Chị Hòa đã hỗ trợ, giúp đỡ chúng tôi trong giai đoạn thử nghiệm máy tại trang trại nhà mình

Nghiên cứu khoa học là một lĩnh vực khó và đòi hỏi tinh thần kiên trì và bền bỉ, trong nghiên cứu chế tạo máy cắt cỏ theo đề tài này đã trải qua nhiều khó khăn, nhiều cung bậc cảm xúc khác nhau, nhưng cả nhóm nghiên cứu đã cùng nhau vượt qua và đã đạt được các mục tiêu đề ra của đề tài Đây là sự nổ lực rất lớn từ phía các Thầy, các Thành Viên tham gia đề tài, rất mong các thành viên luôn giữ vững tinh thần này theo bề dày của thời gian và sự nghiệp để mang đến nhiều đóng góp cho xã hội, xin chân thành cảm ơn các thành viên tham gia đề tài

PHẦN I: THÔNG TIN CHUNG CỦA ĐỀ TÀI

I Thông tin tổng quát

1.1 Tên đề tài: “Nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo máy cắt cỏ chuyên

dùng chăm sóc vườn cây ăn trái”

1.2 Mã số: 20/1.1CK06

1.3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài

TT Họ và tên(học vị, chức danh) Đơn vị công tác

1 ThS Trần Ngọc Thoại Khoa Công Nghệ Cơ Khí, ĐH Công

Nghiệp TP Hồ Chí Minh

2 TS Nguyễn Khoa Triều Khoa Công Nghệ Cơ Khí, ĐH Công

Nghiệp TP Hồ Chí Minh

3 KS Trần Ngọc Vũ Trung tâm Nghiên cứu & Phát triển Công

nghệ máy Công nghiệp

4 ThS Nguyễn Minh Cường Trung tâm Nghiên cứu & Phát triển Công

nghệ máy Công nghiệp

5 KS Nguyễn Nhân Sâm Trung tâm Nghiên cứu & Phát triển Công

nghệ máy Công nghiệp

6 PGS.TS Bùi Trung Thành Khoa Công nghệ Nhiệt lạnh, ĐH Công

Nghiệp TP Hồ Chí Minh

1.4 Đơn vị chủ trì: Trường Đại học Công nghiệp Tp HCM

1.5 Thời gian thực hiện:

1.5.1 Theo hợp đồng: từ tháng 3 năm 2020 đến tháng 4 Năm 2021

1.5.2 Gian hạn ( nếu có): đến tháng năm

1.5.3 Thực hiện thực tế: từ tháng năm đến tháng năm

1.6 Thay đổi của thuyết minh nếu có:

1.7 Tổng kinh phí được phê duyệt của đề tài: 96.785.000 đồng

II Kết quả nghiên cứu

1 Đăt vấn đề

Có rất nhiều biện pháp làm cỏ / tiêu diệt cỏ dại hiện nay tại Việt Nam, từ nhổ cỏ thủ công đến ngâm nước ém cỏ, cày lật, phun thuốc và dùng máy cắt cỏ truyền thống đeo vai Trong đó, việc nhổ cỏ thủ công tốn nhiều thời gian và nhân công Việc ngâm nước

ém cỏ hay cày lật chỉ phù hợp cho vài loại cỏ, vài loại cây trồng Đặc biệt, hạt giống của một số loài cỏ tạp có thể sống hàng mấy năm trong đất hoặc trong nước, thậm chí sau mấy chục năm còn có thể nảy mầm Ví dụ, cỏ Bobo sống trong ruộng nước đến 5 – 10 năm, hạt của cỏ sống đời nó ở trong đất gần trăm năm vẫn có khả năng nảy mầm [22] Về thuốc trừ cỏ, GS Võ Tòng Xuân có ý kiến rằng “Thuốc trừ cỏ gây ung thư, càng để lâu càng có tội với dân” [23] Việc lạm dụng các loại hóa chất diệt cỏ, trừ sâu bệnh trong thời gian dài không những tàn phá môi trường mà còn để lại hậu quả nặng

nề trước hết với sức khỏe của nông dân - những người thường xuyên tiếp xúc với các loại hóa chất này và cả những người tiêu dùng Cùng lúc đó, rất nhiều tai nạn đã xảy ra

do máy cắt cỏ đeo vai Theo Bác sĩ Phùng Văn Hà cho biết, nguyên nhân phần lớn của các vụ tai nạn do máy cắt cỏ gây ra là lỗi chủ quan của người sử dụng Trong quá trình vận hành, chỉ cần mất tập trung là có thể bị lưỡi máy cắt cỏ văng vào chân hoặc lưỡi máy chạm vào viên đá, theo quán tính và lực quay người sử dụng sẽ rất dễ bị mất khả năng kiểm soát [24]

Trước nhu cầu cơ giới hóa khâu làm cỏ,không làm ô nhiễm môi trường, đồng thời đảm bảo an toàn cho người nông dân, nhóm nghiên cứu máy Nông nghiệp 4.0 thuộc Viện Nghiên cứu khoa học & chuyển giao công nghệ, Trường Đại học Công Nghiệp Tp

Hồ Chí Minh đề xuất thực hiện đề tài “Nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo máy cắt

cỏ chuyên dùng chăm sóc các vườn cây ăn quả”

3 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp phân tích tổng hợp

- Phương pháp khảo sát

- Phân tích và tổng hợp

- Phương pháp cơ học cổ điển của sức bền vật liệu, cơ động lực học và tĩnh học

- Tính toán giải tích

- Phương pháp quy nạp

- Phương pháp năng lượng

- Phương pháp biến đổi hệ thức toán học

- Phương pháp mô hình hóa

- Phương pháp đánh giá qua thử nghiệm

- Phương pháp chuyên gia (chạy thử, đánh giá, phản biện)

- Phương pháp phân tích hoạt động, ưu nhược điểm

- Phương pháp đánh giá qua thử nghiệm

- Phương pháp chuyên gia (chạy thử, đánh giá, phản biện) phương pháp nghiên cứu

lý thuyết (phân tích và tổng kết kinh nghiệm)

4 Tổng kết và kết quả nghiên cứu

 Hoàn thành các mục tiêu đề tài đã đề ra

 Thực hiện tính toán, thiết kế, chế tạo được một máy cắt cỏ sử dụng trong các nông trại trồng cây ăn trái

 Làm chủ được công nghệ cắt cỏ bằng kết cấu dạng tang trống hay còn được gọi là kết cấu hai trụ xoay có vành lắp dao kiểu động Với khả năng nắm bắt được công nghệ ta hoàn toàn có thể xây dựng được các kế hoạch cái tiến và tối ưu loại máy cắt

cỏ này trong tương lai

5 Đánh giá kết quả đã đạt được và kết luận

 Đóng góp về mặt hiệu quả kinh tế

Như vậy so sánh chi phí 3 loại hình cắt cỏ gồm cắt bằng liềm và cắt cỏ bằng máy đeo vai ngoài ưu việt về độ sót và chiều cao gốc cỏ sau cắt thì chi phí dùng máy cắt cỏ hai dao chỉ bằng 6,68 % chi phí cắt cỏ liềm và bằng 23,53 % cắt cỏ bằng máy đeo vay

 Đóng góp về mặt học thuật

 Trình bày tổng quan về các máy cắt cỏ trên thế giới và trong nước

 Thiết kế, chế tạo được 3 loai dao cắt, gồm dao cắt loại A là loại dao thẳng có góc cắt là 00, Dao loại B là dao thẳng góc cắt 300 và dao loại C loại dao răng cưa

 Bằng phương pháp Taguchi thiết lập ma trận thí nghiệm và cho thấy giá trị vận tốc 0,8m/s cho kết quả làm việc cho 3 loại dao là tốt nhất (Giá trị vận tốc tiến 0,8m/s

đã được nhóm nghiên cứu chọn và thực hiện khảo sát xác định vận tốc dao hợp lý cho 3 loại dao A, dao B và dao C )

 Đối với vận tốc dao cắt đề tài thực hiện nghiên cứu khảo sát và xét trong phạm vi

30, 35, 40, 45, 50, 55 m/s thông qua bộ truyền động đai

 Kết quả cụ thể về máy cắt cỏ của đề tài đã đạt được

 Kích thước tổng thể máy:

 Năng suất làm việc: 0,23ha/h

 Lượng tiêu hao nhiên liệu: 8 lít/ha

 Độ sót cỏ sau khi cắt: < 4%

 Tính hiệu quả kinh tế: máy cắt cỏ hai dao chi phí chỉ bằng 6,68 % chi phí cắt cỏ liềm và bằng 23,53 % cắt cỏ bằng máy đeo vay

 Xây dựng được một chế độ cắt tối ưu trong quá trình làm việc của máy

 Tốc độ tiến hiệu quả: 0,8m/s

 Tốc độ dao cắt: 45m/s

 Loại dao cắt: Dao loại răng cưa

6 Tóm tắt kết quả ( tiếng việt và tiếng anh)

TÓM TẮT Cắt cỏ là một trong những hoạt động được thực hiện thường xuyên theo chu kỳ trong hoạt động nông nghiệp Cắt cỏ thường có hai ý nghĩa, thứ nhất cắt cỏ dại để vệ sinh khu vực đã bị chiếm chỗ, thứ hai cắt cỏ để lấy thức ăn phục vụ cho chăn nuôi hoặc lấy làm nguồn nguyên liệu phục vụ hoạt động của con người

Hiện nay, một số biện pháp để loại bỏ cỏ dại gồm: cắt bằng máy cắt đeo vai, cắt thủ công bằng liềm cho khu vực nhỏ, phát bằng dụng cụ, dùng máy cắt tự chế, ngoài ra biện pháp thường được sử dụng là dùng thuốc bảo vệ thực vật ( BVTV) Các biện pháp này nhìn chung đề có mục tiêu là cắt cỏ hoạt loại trừ cỏ, mỗi biện pháp sẽ có những ưu

và nhược điểm khác nhau như dùng máy cắt đeo vai áp dụng cho khu vực nhỏ, các ngóc ngách rất phù hợp để sử dụng nhưng khi áp dụng khu vực diện tích lớn thì năng suất không cao gây tốn nhiều nhân công và nhiêu liệu; đối với biện pháp phun thuốc BVTV biện pháp này có ưu điểm là có năng suất cao diệt trừ được các mức độ cỏ, nhưng có nhược điểm là gây ôi nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến hệ sinh thái, đặc biệt là sức khỏe của con người

Việt Nam là một đất nước phát triển nông nghiệp, do đó việc sử dụng một thiết bị cắt

cỏ phù hợp với địa lý Việt Nam là thật sự cần thiết Nhận thấy được sự cần thiết này nhóm nghiên cứu trường đại học Công Nghiệp Tp HCM đề suất phát triển một mẫu máy cắt cỏ phục vụ trong lĩnh vực sản xuất nông nghiệp của Việt Nam

Máy cắt cỏ của đề tài sử dụng nguyên lý cắt hai tang trống, với nguyên lý này cỏ được cắt có thể sử dụng lại cho các mục đích sản xuất khác Đề tài đã thực hiện cắt trên 3 loại dao cắt gồm dao cắt lưỡi thẳng, dao cắt vát góc, dao cắt lưỡi cưa Kết quả nghiên cứu bước đầu cho thấy dao cắt lưỡi cưa tam giác ( dao C) cho ra được kết quả tốt nhất với tốc độ tiến của máy 0,8 m/s (2,88km/h), vận tốc dao 45 m/s

ABBREVIATE Mowing the lawn is one of the activities that is carried out regularly in cyclical activities in agricultural activities Mowing the lawn usually has two meanings, the first cutting weeds to clean the occupied area, the second mowing the lawn for food for livestock or as a source of raw materials for human activity Currently, some measures

to remove weeds include: cutting with a shoulder cutter, manually cutting with a sickle for a small area, handing out tools, using a homemade cutter, In addition, the most commonly used measure is the use of pesticides These measures generally aim to cut grass and eliminate grass, each of which will have different advantages and disadvantages such as using a shoulder cutter applied to small areas, niches that are suitable for use but when applying large areas, the productivity is not high, causing a lot

of labor and fuel; for spraying measures, this measure has the advantage of having high productivity to eliminate grass levels, but there are disadvantages of causing environmental amblysis, affecting ecosystems, especially human health

Vietnam is an agriculturally developed country, so the use of a lawn mower suitable for Vietnam's geography is really necessary Recognizing this need, the research team proposed to develop a model of lawn mower for vietnam's agricultural production sector The lawn mower of the subject uses the principle of cutting two drums, with this principle of lawn being cut that can be reused for other production purposes The subject has been cut on 3 types of cutting knives including straight blade cutters, angular bevel cutters, saw blade cutters The initial results showed that the triangular saw blade cutter (C knife) produced the best results with the machine's advance speed of 0.8 m/s (2.88 km/h), the knife speed of 45 m/s

III SẢN PHẨM ĐỀ TÀI, CÔNG BỐ VÀ KẾT QUẢ ĐÀO TẠO

3.1 Kết quả nghiên cứu

- Công suất động cơ

- Đường kính đĩa dao:

- Số lượng dao tối đa:

- Chiều rộng vệt cắt

- Kích thước bộ phận cắt

km/h vòng/phút ha/h

(Phụ lục III)

Sản phẩm dạng 3

TT Tên bài báo dự kiến Đăng ký Kết quả Ghi chú

1 Nghiên cứu, lựa chọn và thiết kế máy

cắt cỏ vườn cây ăn quả ở Việt Nam 01 01

Tạp chí Công nghiệp nông thôn

(Phụ lục IV)

2

Experimental Research To Determine

The Optimal Working Regime Of A

Twin-Drum Mower For The Dragon

Scopus Cite as: AIP Conference

Proceedings 2406,

020037 (2021);

https://doi.org/10.1063/5.0066715

Published Online:20 September 2021 (Phụ lục IV)

IV Tình hình sửa dụng kinh phí

Kinh phí được duyệt

(triệu đồng)

Kinh phí thực hiện

(triệu đồng)

Ghi chú

A Chi phí trực tiếp 96.785.000 93.285.000

2 Nguyên, nhiên vật liệu, cây con 39.463.900 39.463.900

Mặc dù đã có rất nhiều cố gắng trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài nhưng

do hạn chế về mặt thời gian nên Báo cáo khoa học tổng kết đề tài vẫn còn một số hạn chế cần tiếp tục nghiên cứu và thực hiện, cụ thể là:

Đề tài mới dừng lại ở việc nghiên cứu vận tốc dao cắt trong khi vận tốc tiến của máy hạn chế trong vùng khảo sát 0,5m/s - 1,1m/s, đề tài chưa có điều kiện thực hiện vận tốc tiến ngoài vùng này nên tiếp tục nghiên cứu

Độ nhấp nhô mặt vườn cũng ảnh hưởng đến năng suất cắt, chất lượng cắt, do vậy nghiên cứu về máy này cần tiếp tục thực hiện với yêu tố đầu vào là độ nhấp nhô sẽ ảnh hưởng hàm mục tiêu

Sau khi khảo nghiệm nhóm tác giả đã cải tiến tối ưu kết cấu máy cắt cỏ hai dao như giảm trọng lượng, bổ sung thêm 01 bánh xe phụ giúp cho máy cắt cỏ hai dao cân bằng tốt hơn trong quá trình vận hành

Do điều kiện dịch bệnh nên nhóm nghiên cứu mới dừng lại ở phần khảo nghiêm cắt loại cỏ chỉ trong vườn trồng dừa trên địa hình đất Củ Chi TP Hồ Chí Minh Thực tế trong các vườn cây ăn trái còn nhiều loại cỏ khác nhau trong các vườn cây ăn trái nên trong thời gian tới khi hết dịch COVID 19, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục đưa máy đi khảo nghiệm cắt cỏ tại các vườn trồng cây Thanh Long để tìm cơ hội phát triển máy dưới dạng thương mại hóa Ngoài ra đề tài đề nghị tiếp tục thử nghiệm các chế độ cắt đối với một số loại cỏ thuộc các khu vực khác ngoài phạm vi vườn cây ăn trái như: công viên, các loại cỏ phát triển gần các khu vực nhà máy, xí nghiệp, …Bởi, cỏ dại trong vườn cây ăn trái chỉ là một phạm vi rất giới hạn, với đặc điểm chung đó là cắt

và quản lý sự phát triển các loại cỏ dại thì kiểu máy mà theo đề tài đã nghiên cứu có thể ứng dụng hiệu quả ở nhiều khu vực khác Do đó, việc xây dựng thêm các chế độ cắt là rất cần thiết

VI Phụ lục sản phẩm ( liệt kê minh chứng các sản phẩm ở Phần III)

Phụ lục III: Quy trình công nghệ chế tạo một số chi tiết quan trọng trong máy cắt cỏ Phụ lục IV: Hai bài báo của đề tài và một số hình ảnh trong quá trình khảo nghiệm máy cắt cỏ đề tài

PHẦN II: BÁO CÁO CHI TIẾT ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC CÁC HÌNH 3

DANH MỤC CÁC BẢNG 7

Chương 1 TỔNG QUAN 9

1.1 Tổng quan các phương pháp cắt cỏ hiện nay 9

1.1.1 Máy cắt cỏ dạng răng lược 9

1.1.2 Máy phát cỏ dạng đĩa 11

1.1.3 Máy phát cỏ dạng trống 13

1.1.4 Đặc điểm của vườn cây ăn trái 15

1.1.5 Đánh giá và lựa chọn nguyên lý cắt trong thiết kế máy cắt cỏ trong vườn cây ăn trái 18

1.2 Giới thiệu một số mẫu máy cắt cỏ dạng trống trên thị trường hiện nay 19

1.2.1 Máy BDR 700 của Cộng hòa Séc 19

1.2.2 Máy BELLON MFB 800 của Italia 21

1.2.3 Máy KP 1.1 của Ukraina 24

1.3 Tổng kết và lựa chọn nguyên lý hoạt động của mô đun cắt cỏ 26

Chương 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY CẮT CỎ ĐỀ TÀI 27

2.1 Xây dựng bài toán thiết kế máy 27

2.2 Cơ sở lý thuyết tính toán 27

2.2.1 Cơ sở lý thuyết về vận tốc cắt tới hạn trong máy cắt cỏ 27

2.2.2 Mối liên hệ giữa năng lượng và công suất cần thiết của máy cắt cỏ 30

2.2.3 Cơ sở lý thuyết về dao cắt 32

2.2.4 Cơ sở lý thuyết kiểm nghiệm ứng suất tĩnh trên solidworks simulation 34

2.3 Nghiên cứu, tính toán, thiết kế tổng thể kết cấu máy 35

2.3.1 Nghiên cứu, tính toán, thiết kế khung máy và hệ thống di động 38

2.3.2 Tính toán, thiết kế khung liên kết mô đun cắt 40

2.4 Nghiên cứu, tính toán, thiết kế cụm và modun truyền động dao cắt 42

2.4.1 Nghiên cứu, tính toán, thiết kế tổng thể kết cấu cụm dao cắt (mô đun cắt) 42

2.4.2 Kết luận: 45

2.4.3 Nghiên cứu, tính toán, thiết kế bộ truyền đai cho máy cắt cỏ chăm sóc vườn cây ăn trái 46

2.4.4 Nghiên cứu, tính toán, thiết kế bộ truyền xích cho máy 53

2.4.5 Nghiên cứu, tính toán, thiết kế bộ truyền bánh răng côn cụm dao cắt 57

2.4.6 Nghiên cứu, tính toán, thiết kế trục dẫn động 63

2.4.7 Tính toán, thiết kế một số kết cấu quan trọng của mô đun cắt 72

2.4.8 Kết quả đạt được sau quá trình tính toán thiết kế 74

Chương 3 VẬT LIỆU PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 76

3.1 Tổng quát các nội dụng thực hiện đề tài nghiên cứu 77

3.2 Phương pháp nghiên cứu 77

3.2.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 77

3.3 Xác định các thông số nghiên cứu đầu vào và phương pháp xác định 78

3.3.2 Vận tốc dao 79

3.3.3 Vận tốc tiến của máy 79

3.3.4 Xác định mật độ cỏ 79

3.4 Xác định các hàm mục tiêu và phương pháp xác định 79

3.4.1 Phương pháp xác định năng suất cắt 80

3.4.2 Phương pháp đo tiêu hao nhiên liệu 80

3.4.3 Phương pháp xác định độ sót 80

3.5 Các thiết bị đo và phương pháp đo 81

3.6 Phương pháp sử dụng trong thực nghiệm 83

3.6.1 Mô tả tổng quát phương pháp 83

3.6.2 Các bước xây dựng phương trình hồi quy thực nghiệm [32] 85

3.6.3 Giới thiệu về chương trình SPSS Statistics 17.0 85

Chương 4 KHẢO NGHIỆM MÁY VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 87

4.1 Mục đích, thời gian và địa điểm khảo nghiêm 87

4.2 Chuẩn bị mô hình thử nghiêm 87

4.3 Khảo sát vườn cây trước khi khảo nghiệm 89

4.4 Quy trình và cách thức thực hiện thử nghiệm 90

4.4.1 Thiết bị máy móc– dụng cụ 91

4.4.2 Kết quả khảo nghiệm xác định dải vận tốc dao cắt cỏ hai dao 91

4.4.3 Kết quả 92

4.5 Các công việc chuẩn bị khảo nghiệm có tải 92

4.6 Kết quả khảo nghiệm xác định ảnh hưởng của vận tốc dao cắt đến các hàm mục tiêu khi máy cắt cỏ làm việc 94

4.6.1 Ta tiến hành thực nghiệm ảnh hưởng vận tốc dao cắt đến các hàm mục tiêu nghiên cứu với loại dao lưỡi thẳng góc 0°(A) 94

4.6.2 Ta tiến hành thực nghiệm ảnh hưởng vận tốc dao cắt đến các hàm mục tiêu nghiên cứu với loại dao lưỡi thẳng góc 30°( dao loại B) 97

4.6.3 Ta tiến hành thực nghiệm ảnh hưởng vận tốc dao cắt đến các hàm mục tiêu nghiên cứu với loại dao cưa hình tam giác (C) 100

4.7 Thiết lập các mối quan hệ vận tốc dao cắt liên quan đến các hàm mục tiêu

103

4.7.1 Bảng tổng hợp kết quả thức nghiệm 103

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 108

5.1 Kết luận 108

5.2 Kiến nghị 110

Tài liệu tham khảo 111

Phần III: Phụ Lục đính kèm 113

PHỤ LỤC 1 TÍNH TOÁN HIỆU QUẢ KINH TẾ 114

PHỤ LỤC iii: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MỘT SỐ CHI TIẾT QUAN TRỌNG TRONG MÁY CẮT CỎ 124

PHỤ LỤC IV: 2 BÀI BÁO CỦA ĐỀ TÀI VÀ MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRONG QUÁ TRÌNH KHẢO NGHIỆM MÁY CẮT CỎ ĐỀ TÀI 173

DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Kết cấu thanh cắt (hình răng lược) của Patrick Deevy [9] 10

Hình 1.2: Máy cắt cỏ dạng răng lượccủa Robinson năm 1890 [10] 10

Hình 1.3: Máy cắt cỏ dạng răng lược dòng SB31 của hãng John Deere [11] 10

Hình 1.4: Máy phát cỏ dạng đĩa của Jean Guillotin [12] 11

Hình 1.5: Máy cắt cỏ dạng đĩa của Charles M Kline, Reinholds, and Neil W Webster. 12

Hình 1.6: Máy phát cỏ dạng đĩa T-DCBM của công ty Minos agri [14] 12

Hình 1.7: Cơ cấu tang trống có gắn dao cắt [15] 13

Hình 1.8: Máy phát cỏ dạng tang trống có kiểu bố trí lệch về một bên [17] 14

Hình 1.9: Máy phát cỏ dạng trống có nhiều trống bố trí liền kề nhau [17] 14

Hình 1.10: Máy phát cỏ dạng trống của công ty Bellon [18] 15

Hình 1.11: Cỏ dại hiện diện với mật độ cao giữa các cây trong vườn bưởi [23] 17

Hình 1.12: Cỏ dại phát triển trong vườn thanh long ở Bình thuận [24] 18

Hình 1.13: Máy cắt cỏ BDR 700 được sản xuất tại Cộng hòa Séc [25] 19

Hình 1.14: Kết cấu máy và bộ truyền động của máy BDR 700 [26] 20

Hình 1.15: Sơ đồ nguyên lí hoạt động của cắt cỏ BDR 700 20

Hình 1.16: Máy cắt cỏ BELLON MFB 800 của Italia [27] 22

Hình 1.17: Kết cấu bộ phận làm việc của máy cắt cỏ BELLON MFB 800 [28] 22

Hình 1.18: Sơ đồ nguyên lí hoạt động của máy cắt cỏ BELLON MFB 800 22

Hình 1.19: Máy cắt cỏ KP 1.1 được sản xuất tại Ukraina [29] 24

Hình 1.20: Sơ đồ nguyên lí hoạt động của máy cắt cỏ KP 1.1 của Ukraina 24

Hình 1.21: Máy kéo xới Vikyno MK70 trên thị trường 117

Hình 1.22: Khởi động Máy kéo 119

Hình 1.23: Khởi động Đầu dao cắt 119

Hình 1.24: Điều chỉnh tốc độ di chuyển 120

Hình 1.25: Điều chỉnh hộp số tới/lùi 120

Hình 1.26: Vận hành máy cắt cỏ 120

Hình 2.1: Sơ đồ phân tích lực và năng lượng trong quá trình cắt 27

Hình 2.2: Ảnh tốc độ cao trong thí nghiệm cắt thân cỏ 28

Hình 2.3: Biểu đồ chênh lệch năng lượng cắt khi cắt trên và dưới tốc độ tới hạn [30]. 29

Hình 2.4: Biểu đồ mối liên hệ giữa vận tốc tiến và công suất cắt [30] 30

Hình 2.5: Biểu đồ ảnh hưởng của tốc độ dao đến năng lượng cắt cần thiết [30] 31

Hình 2.6: Định nghĩa vị trí góc vát trên dao cắt [33] 33

Hình 2.7: Sự chênh lệch mức độ tiếp xúc giữa lưỡi dao và thực vật của hai lưỡi dao cắt có độ dày khác nhau 34

Hình 2.8: Quan hệ giữa ứng suất – biến dạng trong thí nghiệm kéo [34] 34

Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lý mô đun cắt cỏ kết hợp với máy kéo công suất nhỏ 35

Hình 2.10: Sơ đồ nguyên lý mô đun cắt kết hợp với máy kéo hai bánh 37

Hình 2.11: Sơ đồ nguyên lý máy kéo hai bánh động cơ xăng 38

Hình 2.12: Máy kéo hai bánh VIKINO MK70 [37] 39

Hình 2.13: Sơ đồ nguyên lý khung liên kết trên máy kéo và mô đun cắt 40

Hình 2.14: Khung liên kết trên máy kéo được thiết kế trên phần mềm Solidworks 41

Hình 2.15: Bản vẽ chế tạo của khung liên kết trên máy kéo 41

Hình 2.16: Kết cấu khung máy và hệ thống di động của máy cắt cỏ 42

Hình 2.17: Sơ đồ tổng thể kết cấu mô đun cắt 42

Hình 2.18: Sơ đồ thể hiện sự chuyển động của dao cắt 43

Hình 2.19: Sơ đồ động máy cắt cỏ chăm sóc vườn cây ăn trái 44

Hình 2.20: Sơ đồ lựa chọn loại đai [31] 46

Hình 2.21: Sơ đồ lựa chọn tiết diện đai [31] 47

Hình 2.22: Kích thước cơ bản của đai thang 48

Hình 2.23: Bản vẽ thiết kế, chế tạo puly dẫn động 52

Hình 2.24: Bản vẽ thiết kế, chế tạo puly bị dộng 53

Hình 2.25: Bản vẽ thiết kế, chế tạo đĩa xích máy cắt cỏ chăm sóc vườn cây ăn trái 57

Hình 2.26: Số lần ăn khớp của răng trong các bộ truyền bánh răng phổ biến [31] 58

Hình 2 27: Bản vẽ thiết kế, chế tạo bánh răng côn chủ động 62

Hình 2.28: Bản vẽ thiết kế, chế tạo bánh răng côn bị động 63

Hình 2.29: Kích thước theo chiều dài của trục I 64

Hình 2.30: Kích thước thiết kế trục I 65

Hình 2.31: Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên trục I 65

Hình 2.32: Mô hình phân tích đã được gán các điều kiện biên 66

Hình 2.33: Chia lưới mô hình phân tích tính toán 66

Hình 2.34: Kết quả phân tích mô phỏng trên mô đun Simulation của Solidworks 66

Hình 2.35: Xác định đường kính trục 67

Hình 2.36: Kích thước thiết kế trục II 67

Hình 2.37: Sơ đồ phân bố lực trên trục II 68

Hình 2.38: Mô hình phân tích đã được gán các điều kiện biên 68

Hình 2.39: Mô hình phân tích, tính toán đã được chia lưới 69

Hình 2.40: Kết quả phân tích mô phỏng trên mô đun Simulation của Solidworks 69

Hình 2.41: Kích thước thiết kế trục III theo chiều dài 70

Hình 2.42: Kích thước thiết kế trục III 70

Hình 2.43: Sơ đồ phân tích lực trên trục III 71

Hình 2.44: Gán các điều kiện biên và chia lưới mô hình phân tích 72

Hình 2.45: Kết quả mô phỏng phân tích trên mô đun simulation của solidworks 72

Hình 2.46: Dao cắt được thiết kế trên phần mềm solidworks 73

Hình 2.47: Dao cắt đã được gia công hoàn chỉnh 73

Hình 2.48: Khung hộp của mô đun cắt được thiết kế trên phần mềm Solidworks 74

Hình 2.49: Kết cấu đĩa lắp dao được thiết kế trên phần mềm Solidworks 74

Hình 2.50: Máy cắt cỏ chăm sóc vườn cây ăn trái được thiết kế trên Solidworks 75

Hình 2.51: Bản vẽ thiết kế, chế tạo máy cắt cỏ trong vườn cây ăn trái 76

Hình 3.1: Lưu đồ thực hiện của đề tài 77

Hình 3.2: Dụng cụ đo số vòng quay và phương pháp đo số vòng quay 81

Hình 3.3: Thước kéo 50m 82

Hình 3.4: Ca đong có vạch chia xác định mực nhiên liệu [47] 82

Hình 3.5: Cân Nhơn Hòa các loại 83

Hình 3.6: Đồng hồ bấm thời gian 83

Hình 3.7: Minh họa mô hình hộp đen 84

Hình 3.8: Mô phỏng màn hình quản lý dữ liệu (data view) 86

Hình 3.9: Mô phỏng màn hình quản lý biến (variable view) 86

Hình 3.10: Mô phỏng màn hình quản lý biến (variable view) 86

Hình 3.11: Lưu đồ quy trình công nghệ chế tạo 124

Hình 3.12: Máy phay đứng vạn năng FVHM-GS300 127

Hình 3.13: Máy cắt dây Wire EDM EXCETEK V350-Submerged 128

Hình 3.14: Máy tiện vạn năng NARA 9040 129

Hình 3.15: Máy khoan đứng vạn năng Z5040A 130

Hình 3.16: Bản vẽ kỹ thuật cụm khung bánh xe hỗ trợ 142

Hình 3.17: Các chi tiết trong cụm khung bánh xe hỗ trợ 143

Hình 3.18: Hàn chi tiết (3) với (4) 143

Hình 3.19: Hàn chi tiết (1) với (2) 144

Hình 3.20: Hàn hoàn chỉnh phần khung bánh xe 144

Hình 3.21: Bản vẽ kỹ thuật chi tiết Đĩa xoay 144

Hình 3.22: Các chi tiết trong cụm Đĩa xoay 145

Hình 3.23: Gia công lỗ bắt dao 145

Hình 3.24: Các bề mặt gia công của chi tiết Bát lắp bạc trục 146

Hình 3.25: Tiện mặt đầu Bát lắp bạc trục 147

Hình 3.26: Tiện mặt ngoài bát lắp bạc truc 147

Hình 3.27: Khoan tâm lỗ Ø30mm trên bát lắp bạc trục 148

Hình 3.28: Khoan lỗ Ø30mm trên Bát lắp bạc trục 148

Hình 3.29: Tiện tinh lỗ 33mm trên Bát lắp bạc trục 149

Hình 3.30: Gia công khoan – taro lỗ M10 trên Bát lắp bạc trục 149

Hình 3.31: Gia công hàn Bát lắp bạc trục vào Tấm gá dao 150

Hình 3.32: Gia công hàn ống nối vào tấm gá dao 150

Hình 3.33: Gia công hàn gân gia cường vào tấm gá dao 150

Hình 3.34: Bản vẽ kỹ thuật chi tiết trục đứng 151

Hình 3.35: Các mặt gia công chi tiết trục đứng 151

Hình 3.36: Sơ đồ gá đặt và gia công khoan lỗ tâm 153

Hình 3.37: Sơ đồ gá đặt và tiện mặt ngoài (3) đường kính Ø=25mm, l=25mm 153

Hình 3.38: Sơ đồ gá đặt và gia công tiện mặt ngoài (3) đường kính Ø=25mm, l=240mm 154

Hình 3.39: Sơ đồ gá đặt và gia công tiện mặt ngoài (4) 154

Hình 3.40: Sơ đồ gá đặt và gia công lỗ M10 155

Hình 3.41: Sơ đồ gá đặt và gia công lỗ M10 còn lại 155

Hình 3.42: Sơ đồ gá đặt và gia công phay rãnh then 2 đầu trục 155

Hình 3.43: Bản vẽ kỹ thuật dao cắt cỏ 156

Hình 3.44: Các bề mặt gia công trên dao cắt 156

Hình 3.45: Sơ đồ gá đặt và gia công mặt (3) và (4) chi tiết Dao cắt 157

Hình 3.46: Sơ đồ gá đặt và khoan lỗ (1) 157

Hình 3.47: Phay lưỡi dao (2) 158

Hình 3.48: Bản vẽ kỹ thuật Bạc liên kết 158

Hình 3.49: Các chi tiết trong bạc liên kết 159

Hình 3.50: Các bề mặt gia công Bạc đỡ 159

Hình 3.51: Sơ đồ gá đặt và gia công tiện mặt đầu (1) 160

Hình 3.52: Gia công tiện mặt ngoài chi tiết Bạc đỡ 160

Hình 3.53: Gia công tiện lỗ trong của bạc đỡ 161

Hình 3.54: Gia công tiện lỗ trong còn lại 162

Hình 3.55: Các mặt gia công Mặt bích lớn và mặt bích nhỏ 162

Hình 3.56: Gia công tiện mặt đầu chi tiết Mặt bích 162

Hình 3.57: Gia công tiện lỗ Mặt bích 163

Hình 3.58: Gia công tiện ngoài mặt bích 163

Hình 3.59: Gia công khoan lỗ Ø12mm và Ø8mm trên mặt bích 164

Hình 3.60: Hàn Mặt bích lớn và Mặt bích nhỏ vào Ống đỡ 164

Hình 3.61: Bản vẽ kỹ thuật chi tiết Bích trục ngang 164

Hình 3.62: Các mặt gia công chi tiết Bích trục ngang 165

Hình 3.63: Sơ đồ gá đặt và tiện mặt đầu (1) 165

Hình 3.64: Sơ đồ gá đặt và tiện mặt (4) 166

Hình 3.65: Sơ đồ gá đặt và tiện lỗ 25mm 168

Hình 3.66: Sơ đồ gá đặt và tiện rãnh trong 168

Hình 3.67: Sơ đồ gá đặt và tiện mặt ngoài Ø95mm 169

Hình 3.68: Sơ đồ gá đặt và gia công lỗ Ø10mm 169

Hình 3.69: Gia công, lắp đặt cụm Đầu cắt 170

Hình 3.70: Gia công, lắp đặt cụm Đầu cắt 170

Hình 3.71: Gia công, lắp đặt các bộ căng đai 171

Hình 3.72: Gia công, lắp đặt các bộ phận Máy cắt cỏ 171

Hình 4.1: Hai puly đai được bổ sung để thay đổi tốc độ tiến của máy 88

Hình 4.2: Ba puly đai thay đổi tốc độ 88

Hình 4.3: Xác định chiều dài của đường chạy thí nghiêm máy trong phạm vi thí nghiệm 89

Hình 4.4: Xác định mật độ cỏ trước 89

Hình 4.5: Kiểu dao lưỡi thẳng góc nghiêng 30 được lắp trên máy cắt cỏ 89

Hình 4.6: Kiểu dao lưỡi răng cưa (Dao loại C) được chuẩn bị cho thí nghiệm 89

Hình 4.7: Kiểu dao lưỡi thẳng góc 00 được lắp trên máy 89

Hình 4.8: Đồ thi phân bố mật độ cỏ tại các vị tri lấy mẫu khảo nghiệm máy 90

Hình 4.9: Đồ thị quan hệ vận tốc dao cắt cỏ và năng suất của máy cắt cỏ 95

Hình 4.10: Đồ thị quan hệ vận tốc dao cắt cỏ và tiêu hao nhiên liệu 96

Hình 4.11: Đồ thị quan hệ vận tốc dao cắt và độ sót 97

Hình 4.12: Đồ thị quan hệ vận tốc dao và năng suất của máy cắt cỏ 98

Hình 4.13: Đồ thị quan hệ vận tốc dao cắt cỏ và tiêu hao nhiên liệu 99

Hình 4.14: Đồ thị quan hệ vận tốc dao cắt và độ sót 100

Hình 4.15: Đồ thị quan hệ vận tốc dao cắt gốc và năng suất của máy cắt cỏ 101

Hình 4.16: Đồ thị quan hệ vận tốc dao cắt cỏ và tiêu hao nhiên liệu 102

Hình 4.17: Đồ thị quan hệ vận tốc dao cắt gốc và độ sót 103

Hình 4.18: Đồ thị quan hệ giữa vận tốc dao cắt đến năng suất 104

Hình 4.19: Đồ thị quan hệ giữa vận tốc dao cắt đến năng suất và độ sót, của dao A 104 Hình 4.20: Đồ thị quan hệ giữa vận tốc dao cắt đến năng suất và độ sót của dao B 105

Hình 4.21: Quan hệ giữa vận tốc dao cắt đến năng suất 105

Hình 4.22: Đồ thị quan hệ giữa vận tốc dao cắt đến năng suất 106

Hình 4.23: Đồ thị quan hệ giữa vận tốc dao cắt đến năng suất và độ sót của dao C 106

Hình 4.24: Quan hệ giữa vận tốc dao cắt đến năng suất 107

Hình 4.25: Đồ thị quan hệ giữa vận tốc dao cắt đến năng suất 108

DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Mật độ và khoảng cách trồng theo vùng của cây nhãn [20] 16

Bảng 1.2: Khoảng cách trồng các loại cây có múi khu vực miền Nam [20] 16

Bảng 1.3: Mật độ và khoảng cách trồng của một số giống xoài [20] 16

Bảng 1.4: Khoảng cách trồng cây thanh long theo quy trình VietGap 16

Bảng 1.5: Các tiêu chí thiết kế các máy cắt cỏ 18

Bảng 1.6: Thông số kỹ thuật của máy BDR 700 21

Bảng 1.7: Thông số kỹ thuật của máy BELLON MFB 800 23

Bảng 1.8: Thông số kỹ thuật của máy KP 1.1 do Ukraina sản xuất 25

Bảng 2.1: Bảng thông số kỹ thuật thiết kế của máy cắt cỏ chăm sóc vườn cây ăn trái. 27

Bảng 2.2: Bảng tiêu chuẩn ASAE D497.7 (2011) [32] 31

Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật máy kéo hai bánh VIKINO MK70 [38] 39

Bảng 2.4: Phương án phân bố tỉ số truyền cho máy cắt cỏ chăm sóc vườn cây ăn trái. 44

Bảng 2.5: Lựa chọn hiệu suất truyền động 45

Bảng 2.6: Đặc tính kỹ thuật của hệ thống truyền động máy cắt cỏ 45

Bảng 2.7: Thông số làm việc của các loại đai [31] 46

Bảng 2.8: Thông số cơ bản của đai thang loại A 48

Bảng 2.9: Bảng thông số công suất Pb và Pd của đai [39 - tr17] 50

Bảng 2.10: Thông số hệ số ảnh hưởng xét đến chiều dài đai [39 - tr8] 51

Bảng 2.11: Thông số hệ số ảnh hưởng xét đến chiều dài đai [39 - tr16] 51

Bảng 2.12: Thông số kỹ thuật của bộ truyền đai 52

Bảng 2.13: Mối liên hệ giữa tốc độ quay, bước xích và số răng [40] 54

Bảng 2.14: Thông số cơ bản của đĩa xích[42] 54

Bảng 2.15: Thông số kỹ thuật của bộ truyền xích 57

Bảng 2.16: Thông số kỹ thuật của bộ truyền bánh răng côn 62

Bảng 2.17: Thông số kỹ thuật của thép C45 63

Bảng 2.18: Bảng giá trị các thành phần lực tác dụng lên trục I 65

Bảng 2.19: Bảng giá trị các thành phần lực tác dụng lên trục II 68

Bảng 2.20: Thông số kỹ thuật máy cắt cỏ sau khi hoàn chỉnh thiết kế 76

Bảng 2.21: Bảng cơ tính một số loại thép cacbon kết cấu[10] 139

Bảng 4.1: Khảo sát mật độ cây cỏ trước khi khảo nghiệm 90

Bảng 4.2: Khảo nghiệm xác định các giá trị vận tốc dao cắt theo cách thay đổi puly 91 Bảng 4.3: Bảng thí nghiệm chế độ thăm dò cắt máy cắt cỏ 93

Bảng 4.4: Bố trí thí nghiệm và kết quả thăm dò cắt máy cắt cỏ 93

Bảng 4.5: Bảng số liệu khảo nghiệm ảnh hưởng vận tốc dao cắt đến 94

Bảng 4.6: Bảng số liệu khảo nghiệm ảnh hưởng vận tốc dao cắt đến 100

Bảng 4.7: tổng hợp quan hệ vận tốc dao cắt đến năng suất 3 loại dao cắt A,B,C 103

Bảng 4.8: Tổng hợp quan hệ vận tốc dao cắt đến độ sót của 3 loại dao A,B,C 103

Bảng 4.9: Tổng hợp quan hệ vận tốc dao cắt đến tiêu hao nhiên liệu riêng của 3 loại dao A, B, C 104