Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm bộ phận cắt hom trên máy trồng khoai mì mtkm – 2

Tuy nhiên sản phẩm khoa học về cơ giới hóa và máy trồng khoai mì của đề tài mới dừng lại với máy trồng khoai mì bán cơ giới là hai công nhân ngồi phía sau máy thả hom trồng khoai mì đã đ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

PHAN QUỐC HÙNG

NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM

BỘ PHẬN CẮT HOM TRÊN MÁY TRỒNG KHOAI MÌ MTKM – 2

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Đồng Nai, 2014

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

PHAN QUỐC HÙNG

NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM

BỘ PHẬN CẮT HOM TRÊN MÁY TRỒNG KHOAI MÌ MTKM – 2

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

MÃ SỐ: 60.52.01.03

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN:

PGS.TS TRẦN THỊ THANH

Đồng Nai, 2014

MỞ ĐẦU

Nông nghiệp có vai trò rất quan trọng trong nền kinh tế quốc dân nước ta Năm 2008, nông nghiệp đã đóng góp 22,1% GDP, chiếm gần 30% giá trị xuất khẩu và thu hút trên 60% lực lượng lao động Mặc dù thường xuyên gặp những tổn thất nặng nề do thiên tai, nhưng sản xuất nông nghiệp nước ta vẫn là ngành sản xuất tăng trưởng cao và ổn định trong suốt thời gian dài, là lĩnh vực duy nhất trong nền kinh tế liên tục xuất siêu, năm sau cao hơn năm trước, kể cả trong những giai đoạn kinh tế Đất nước gặp nhiều khó khăn do ảnh hưởng của khủng hoảng kinh tế toàn cầu Tuy vậy, nông nghiệp vẫn còn nhiều trở ngại và thách thức: bình quân thu nhập nông dân còn rất thấp; có sự khác biệt lớn giữa các vùng; khoảng cách giàu nghèo có xu hướng ngày càng tăng Nhiều vấn đề bức thiết trong nông nghiệp, nông thôn và nông dân đang tạo áp lực cho tăng trưởng kinh tế và sự ổn định kinh tế xã hội

Sản xuất lương thực là ngành quan trọng nhất của nông nghiệp Việt Nam Lúa là cây lương thực quan trọng nhất, chiếm diện tích gieo trồng lớn nhất Cây lương thực quan trọng thứ hai là ngô đang có xu hướng tăng ở Đồng bằng sông Hồng, Đồng bằng sông Cửu Long, Tây Nguyên và Duyên hải miền Trung Cây lương thực quan trọng thứ ba là cây khoai mì đang có xu hướng tăng ở vùng Đông Nam Bộ, Tây Nguyên, vùng núi và trung du Bắc Bộ

Sau 25 năm đổi mới (1986-2010), Việt Nam đã đạt được tốc độ tăng trưởng cao trong nông nghiệp, đặc biệt trong lĩnh vực sản xuất lương thực Sản lượng lương thực Việt Nam không những đủ cho nhu cầu trong nước mà còn có khối lượng lớn cho xuất khẩu Bình quân lương thực đầu người tăng từ 445 kg năm

2000 lên 501 kg năm 2008 Việt Nam đã trở thành nước xuất khẩu gạo và các sản phẩm khoai mì (tinh bột khoai mì và khoai mì lát) đứng thứ hai trên thế giới sau một thời gian dài thiếu lương thực

Trong sản xuất ở nước ta hiện nay việc canh tác khoai mì chủ yếu vẫn bằng thủ công và là một trong những loại cây trồng có mức độ cơ giới hóa thấp nhất Vì

vậy đã góp phần làm tăng chi phí sản xuất, giảm lợi nhuận và khả năng cạnh tranh sản phẩm từ canh tác khoai mì so với các loại cây trồng khác không chỉ ở thị trường trong nước mà còn ở thị trường xuất khẩu Cho đến thời điểm hiện tại đã có nhiều đề tài khoa học các cấp về cơ giới hóa canh tác cây khoai mì, trong đó có 01

đề tài cấp nhà nước về cơ giới hóa canh tác khoai mì, (thực hiện từ năm 2007 –

2010, nghiệm thu năm 2011) do trường đại học Nông nghiệp Hà Nội là cơ quan chủ trì và TS Hà Đức Thái làm chủ nhiệm đề tài với sản phẩm trong tâm là nghiên cứu về cơ giới hóa và máy trồng khoai mì Tuy nhiên sản phẩm khoa học về cơ giới hóa và máy trồng khoai mì của đề tài mới dừng lại với máy trồng khoai mì bán cơ giới là hai công nhân ngồi phía sau máy thả hom trồng khoai mì đã được chặt sẵn xuống rãnh trồng Vì vậy năng suất máy thấp, chi phí lao động cao vì còn phải chặt hom trước khi trồng, khoảng cách hàng trồng mang tính ngẫu nhiên và cố ý của các công nhân phục vụ thả hom Do đó, sản phẩm của đề tài không thể ứng dụng và phát triển do không thể cạnh tranh với phương pháp trồng thủ công

Khoai mì vốn là cây có yêu cầu kỹ thuật nông học khắt khe khi trồng: hom trồng khi đặt phải có độ dài cần thiết và đảm bảo không bị tổn thương; hom phải được rải và trồng đều trên luống

Mặt khác, thời vụ trồng khoai mì không những trùng thời vụ thu hoạch mà còn trùng thời điểm trồng và thu hoạch nhiều loại cây trồng khác, tạo ra sự “căng thẳng” nhu cầu về lao động, máy móc Nên nhu cầu cơ giới hóa canh tác cây khoai

mì rất cao, đặc biệt là cơ giới hóa khâu trồng khoai mì Mặt khác công đoạn trồng khoai mỳ còn là khâu cơ bản ảnh hưởng đến việc triển khai cơ giới hóa các khâu chăm sóc và thu hoạch tiếp theo Cơ sở để tiến hành cơ giới hóa khâu trồng khoai

mì là mẫu máy trồng khoai mì đảm bảo yêu cầu kỹ thuật nông học, năng suất cao, chi phí lao động phục vụ thấp Hướng nghiên cứu hoàn thiện máy trồng khoai mì nhằm đảm bảo các yêu cầu này là thiết kế bổ sung bộ phận cắt hom làm việc đồng

bộ với liên hợp máy Tuy nhiên các bộ phận cắt đã biết như các kiểu dao dạng đĩa, dạng trống quay có tấm kê, dao chuyển động tịnh tiến không đảm bảo được yêu cầu cho hom trồng Vì vậy việc nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm bộ phận cắt

hom ứng dụng trên máy trồng khoai mì có tính cấp thiết, mang tính thời sự, có ý nghĩa khoa học và kinh tế cao Đây là cơ sở để hoàn thiện máy trồng khoai mì theo hướng nâng cao hiệu quả kinh tế, kỹ thuật

Được sự chấp thuận của khoa Sau đại học, Ban Giám hiệu trường đại học Lâm nghiệp Hà Nội và dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Trần Thị Thanh, tôi xin thực hiện đề tài:

“Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm bộ phận cắt hom trên máy trồng khoai mì MTKM – 2”

Mục tiêu tổng quát:

Hoàn thiện máy trồng khoai mì theo hướng tự động hóa nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế, kỹ thuật trồng khoai mì bằng cơ giới

Mục tiêu cụ thể

Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm bộ phận cắt hom mì kiểu cắt bằng hai trống dao quay với dao lưỡi thẳng, lắp hướng tâm trên trống thực hiện cắt đồng thời bằng hai dao lên cây hom làm cơ sở để thiết kế bộ phận cắt hom cho máy trồng khoai mì từ nguyên liệu cây hom nhằm nâng cao năng suất và đảm bảo yêu cầu kỹ thuật quá trình trồng khoai mì về chiều dài hom cắt, chất lượng cắt hom và

rải đều hom trong quá trình trồng

Nội dung nghiên cứu đề tài:

Nội dung nghiên cứu đề tài gồm:

+ Nghiên cứu xây dựng lý thuyết cắt thân thực vật kiểu hai trống dao quay với dao lưỡi thẳng, lắp hướng tâm trên trống thực hiện cắt đồng thời bằng hai dao lên thân thực vật;

+ Thực nghiệm cắt hom mì trên mô hình bộ phận cắt kiểu hai trống dao quay với dao lưỡi thẳng, lắp hướng tâm trên trống thực hiện cắt đồng thời bằng hai dao lên cây hom;

+ Tính toán động học và động lực học bộ phận cắt hom trên máy trồng khoai mì

+ Khảo nghiệm máy trồng khoai mì có bộ phận cắt kiểu hai trống dao quay với dao lưỡi thẳng, lắp hướng tâm trên trống thực hiện cắt đồng thời bằng hai dao lên cây

hom

Tính mới của đề tài:

+ Bộ phận cắt kiểu cắt bằng hai trống dao quay với dao lưỡi thẳng, lắp hướng tâm trên trống thực hiện cắt đồng thời bằng hai dao lên cây hom là nguyên lý cắt mới chưa được biên soạn hay hệ thống thành lý thuyết

+ Các máy trồng khoai mì ở trong nước chưa ứng dụng bộ phận cắt kiểu hai trống dao quay với dao lưỡi thẳng, lắp hướng tâm trên trống thực hiện cắt đồng thời bằng hai dao lên cây hom

+ Có sự khác biệt khi ứng dụng nguyên lý cắt bằng hai trống dao quay với dao lưỡi thẳng, lắp hướng tâm trên trống thực hiện cắt đồng thời bằng hai dao lên cây hom giữa cắt hom mía và hom mì về cơ cấu định chiều dài hom

Tính khoa học của đề tài:

Đề tài phát triển các vấn đề khoa học mới cả về lý luận (lý thuyết) và thực tiễn + Đề tài hệ thống và phát triển lý thuyết tính toán bộ phận cắt bằng hai trống dao quay với dao lưỡi thẳng, lắp hướng tâm trên trống thực hiện cắt đồng thời bằng hai dao lên cây hom;

+ Tiến hành kiểm chứng lý thuyết bằng thực nghiệm khoa học

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:

Đề tài góp phần cơ giới hóa canh tác cây khoai mì theo hướng nâng cao hiệu quả kinh tế, kỹ thuật

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng luận các công trình về máy trồng sắn đã công bố

Trồng sắn bao gồm các công đoạn rạch hàng, bón lót, cắt hom, đặt hom, lấp

và nén đất Cơ giới hóa trồng sắn đã và đang được thực hiện ở các nước có canh tác sắn với nhiều cấp độ khác nhau với các loại máy và công cụ trồng sắn đi kèm

1.1.1 Tổng luận các công trình ở ngoài nước về máy trồng sắn đã công bố

Trồng sắn bằng máy đã được nhiều nước nghiên cứu rất sớm Điển hình là

Ấn Độ, Brazin, Malaisia, Thái Lan và gần đây nhất là Trung Quốc với 3 hướng cơ giới hóa trồng sắn là liên hợp máy rạch hàng trồng hom sắn kết hợp thủ công, liên hợp máy trồng sắn bán tự động và máy trồng sắn tự động (dạng liên hợp máy hoặc máy tự hành) Nhưng cho đến nay chưa thấy có bất kỳ công bố khoa học hay thương mại nào về mẫu máy trồng sắn tự động mà vẫn còn trong các giai đoạn nghiên cứu về nguyên lý, mô hình

Ở liên hợp máy trồng sắn bán tự động gồm có hai loại chính sau là liên hợp máy trồng từ hom sắn bán tự động và liên hợp máy trồng từ thân cây sắn bán tự động Với liên hợp máy trồng từ hom sắn bán tự động thực hiện công đoạn trồng sắn trên cơ sở hom đã được chuẩn bị (cắt thân cây sắn thành hom), còn với liên hợp máy trồng sắn bán tự động thực hiện công đoạn trồng sắn không cần chuẩn bị hom

1.1.1.1 Liên hợp máy rạch hàng trồng từ hom sắn kết hợp thủ công (Theo [7],

[16])

Việc trồng sắn bằng liên hợp máy rạch hàng trồng từ hom sắn kết hợp thủ công phải tiến hành chuẩn bị hom sắn bằng thủ công (hình 1.1) hay bằng máy cắt hom sắn (hình 1.2) Mức độ cơ giới hóa quá trình trồng chỉ dừng lại là rạch hàng, các khâu còn lại đều là thủ công (kể cả cắt hom, vì việc đưa thân cây sắn vào máy cắt hom cũng bằng thủ công)

Hình 1.1 Cắt hom sắn bằng thủ công

Mọi nghiên cứu theo hướng cơ giới hóa này chỉ nhằm cải tiến khâu rạch hàng và quản lý lao động thủ công Các yêu cầu kỹ thuật trồng bị vi phạm như hom được cắt không đúng quy định, rải hom không đều cả theo hàng hay trên luống trồng, hom lại bị phơi làm ảnh hưởng đến tỉ lệ mọc mầm và phát triển của cây mì, Và hơn cả là chi phí trồng rất cao do chi phí lao động thủ công rất lớn Với nhiều lý do khác nhau mà phương pháp trồng sắn bằng máy rạch hàng trồng hom sắn kết hợp thủ công hiện vẫn còn đang áp dụng phổ biến ở nhiều quốc gia, trong

đó chủ yếu là ở Việt Nam, Trung Quốc, Thái Lan, Cămpuchia, Lào, Mianmar, và nhiều nước thuộc châu Phí, Mỹ – latin khác

Hình 1.2 Trồng sắn bằng thủ công

Với tồn tại như đã phân tích, đề tài không theo hường nghiên cứu cơ giới

hóa trồng sắn theo hướng trồng bằng máy rạch hàng kết hợp thủ công

1.1.1.2 Liên hợp máy trồng từ hom sắn bán tự động (Theo [7], [16])

Máy trồng sắn từ hom bán tự động là tổ hợp máy cắt hom sắn và liên hợp trồng hom sắn bán tự động được áp dụng ở nhiều quốc gia có ngành trồng sắn phát triển từ những năm 1960 Trong đó có Thái Lan, Malaisia, Brazin,…Ở Trung Quốc không thấy sử dụng, công bố về loại máy trồng sắn kiểu này Cho đến nay

mô hình này còn áp dụng ở một số quốc gia như ở châu Á, châu Phí và châu Mỹ

Latinh

Hình 1.3 Máy cắt hom sắn của Thái Lan

a Sơ đồ truyền động; b.Máy cắt hom sắn

1.Động cơ truyền động cho cơ cấu cam; 2 Cơ cấu cam; 3 Trục đĩa cắt;

4 Phễu cấp liệu; 5 Đĩa cắt; 6 Đĩa phía dưới;

7.Động cơ truyền động cho đĩa cắt; 8.Trục cam

(Theo Development of a Stem Cutting Unit for a Cassaca Planter, J, Lungkapin,

V.M Solokhe, R Kalsirilp and H Nakashima, 2007)

Cấu tạo của máy cắt hom sắn Thái Lan (hình 1.3) gồm có khung máy, trên

đó lắp đĩa cắt, đĩa đỡ hom, ống nạp hom và ống thoát hom, trục cắt, trục cam, cơ cấu cam Động cơ truyền động cho cơ cấu cam có công suất 0,37 kW, còn cho đĩa cắt có công suất 0,75 kW Bộ phận cắt sử dụng nguyên lý cắt bằng “đĩa cưa”, khi cắt thực hiện hai chuyển động là chuyển động quay tròn và chuyển động tịnh tiến Đĩa cắt quay với vận tốc từ 1.200 ÷ 1.700 vg/ph Thân sắn được thả vào ống nạp

và được chặn lại bởi đĩa đỡ và được cắt bằng đĩa cắt Cơ cấu cam làm nhiệm vụ điều khiển số lần cắt của đĩa cắt Máy thực hiện cắt hom với độ dài từ 150 ÷ 300

mm, năng suất 5.000 hom/h Máy cắt hom của Thái Lan còn một số tồn tại như

trầy xước đầu hom do cắt bằng lưỡi cưa hay dễ vỡ đầu hom do không có bộ phận giữ hom làm thân cây sắn quay lung tung trong quá trình cắt

Hình 1.4 giới thiệu máy cắt hom sắn của Malaysia Cấu tạo máy gồm 7 đĩa cắt sạng đĩa răng cưa (cũng như của Thái Lan), hai bộ truyền động xích có gắn tay gạt làm nhiệm vụ như một băng chuyền gạt thân cây sắn về phía đĩa cắt Hệ thống kẹp cây khi cắt bao gồm phần kẹp và tay kẹp Tay kẹp quay quanh trục và ép thân cây sắn vào lưỡi dao khi cây khoai mì trên băng truyền di chuyển đến đĩa cắt Các

bộ phận cắt được truyền động từ động cơ xăng công suất nhỏ

Hình 1.4 Máy cắt hom sắn của Malayxia

(Theo Mechanization Possibilites for Cassava Production Malaysia H Md Akhir

and A, B Sukra)

Máy cắt hom sắn của Malayxia có nguyện lý làm việc như sau: Cây sắn được đặt trên băng chuyền sẽ được chuyển đến gần phía bộ phận cắt để lưỡi cưa quay cắt cây sắn Hom sắn rơi xuống máng nghiêng và rơi vào thùng chưa hom Với 7 đĩa dao cắt, máy cắt hom cắt đồng thời 6 hom và loại bỏ phần ngọn và gốc than sắn Năng suất máy đạt 3.300 hm/h Mấu máy cắt hom sắn của Malaixia khá giống về cấu tạo và nguyên lý máy cắt hom mía của đề tài cấp Thành phố Hồ Chí Minh do TS Phan Hiếu Hiền và ThS Trần Văn Khanh (trường đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh) chủ trì Giá chào hàng máy cắt hom sắn của Malaixia là 1.316 USD Máy cắt hom sắn của Malayxia chế tạo còn những tồn tại như máy cắt hom sắn do Thái Lan chế tạo là hom sắn rơi xuống không được xếp theo trật tự đầu đuôi

Máy trồng từ hom sắn của Malaysia (hình 1.5) và Nigeria (hình 1.6) thực hiện trồng sắn 1 hàng

Hình 1.5 Máy trồng từ hom

sắn của Malayxia

Hình 1.6 Máy trồng từ hom sắn của Nigeria

Các máy trồng từ hom sắn của Malaysia và Nigeria có khác biệt nhau là hướng người ngồi thả hom ngược chiều nhau Ở máy trồng từ hom sắn của Malaysia không có bánh lấp đất, nên không đảm bảo độ chặt của đất với hom sắn ảnh hưởng đến khả năng mọc và sinh trường của cây sắn Ngoài ra cả hai loại máy trồng từ hom khoai sắn này có chung những tồn tại như sau:

+ Máy chỉ trồng 1 hàng và dùng lao động thủ công thả hom nên cho năng suất thấp;

+ Vết bánh xe trên mặt ruộng lớn làm ảnh hưởng đến kết cấu đất và sự phát triển của khoai mì;

+ Máy có bề rộng bánh nhỏ làm bánh xe lún sâu, làm ảnh hưởng đến điều khiển độ sâu trồng

+ Không thực hiện tạo luống nên khi mưa to dễ làm úng ngập, gây hư hại cây

Hình 1.7, giới thiệu cấu tạo máy trồng hom mì của Braxin So với máy trồng hom sắn của Malaysia và Nigeria thì máy trồng từ hom sắn của Braxin đã thực hiện trồng hai hàng nên cho năng suất cao hơn Tuy nhiên vẫn còn những tốn tại như đã phân tích

Hình 1.7 Máy trồng từ hom sắn

của Braxin

1.1.1.3 Liên hợp máy trồng khoai mí từ thân sắn bán tự động (Theo [7], [16])

Từ sự giống nhau về hom trồng giữa cây sắn và cây mía cả về kích thước, lẫn cách trồng nên kể từ năm 2008, trên thế giới bắt đầu xuất hiện những mẫu máy trồng sắn có nguyên lý làm việc như máy trồng mía từ nguyên liệu cây hom có nguồn gốc từ Braxin (hình 1.8) và Ấn Độ

Hình 1.8 Máy trồng sắn từ thân cây sắn bán tự động 2 hàng của Braxin

Năm 2012, ở Trung Quốc đã nghiên cứu thành công 2 mẫu máy trồng sắn

từ thân cây sắn hai hàng bán tự động là 2BMSU (hình 1.9) và 2ABMSU (hình