nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống thiết bị chuẩn bị giá thể sản xuất cây giống thuộc đề tài nghiên cứu lựa chọn công nghệ và hệ thống thiết bị để sản xuất một số cây giống theo kiểu công nghiệp

bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn viện cơ điện nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch Số 54/102 Trường Chinh - Đống Đa – Hà Nội báo cáo khoa học đề tài nhánh: Nghiên cứu thiết kế,

bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn

viện cơ điện nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch

Số 54/102 Trường Chinh - Đống Đa – Hà Nội

báo cáo khoa học đề tài nhánh:

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống thiết bị

chuẩn bị giá thể sản xuất cây giống

Thuộc đề tài:

nghiên cứu lựa chọn công nghệ và hệ thống thiết bị để sản xuất một số

cây giống theo kiểu công nghiệp

Bản quyền 2005 thuộc VCĐNN&CNSTH

Đơn xin sao chép toàn bộ hoặc từng phần tài liệu này phải gửi đến Viện trưởng

VCĐNN&CNSTH trừ trường hợp sử dụng với mục đích nghiên cứu.

Mở đầu

Sau hơn 15 năm thực hiện chính sách đổi mới, mô hình tổ chức sản xuất trong nông nghiệp đã có sự thay đổi cơ bản, hộ nông dân trở thành đơn vị sản xuất tự chủ Hệ thống tổ chức sản xuất theo cơ chế cũ bị phá vỡ, hệ thống chưa được thiết lập, dẫn đến tình trạng thiếu giống chất lượng phục vụ các chương trình mục tiêu lớn như chương trình lúa xuất khẩu, chương trình phát triển cây công nghiệp, cây ăn quả, chương trình mía đường, chương trình mới 5 triệu ha rừng…

Nhu cầu về giống trong nước trong những năm tới ở nước ta là rất lớn Bảng 4 và 5 của phụ lục cho thấy tình hình sản xuất giống cây trồng năm 1998

và nhu cầu giống cho đến năm 2005 Mỗi năm nước ta cần khoảng 1 triệu tấn giống cho hơn 7 triệu ha diện tích trồng lúa Các loại cây công nghiệp lâu năm

và cây ăn quả khác (xem bảng 5) nếu năm 1999 cần một lượng giống cho 92.000

ha trồng mới, đến năm 2005 sẽ là 586.000 ha Riêng cây ăn quả năm 1998 cần 20.771 ngàn cây giống điều 720.000 cây; chè 40.100.000; cao su 11.000.000 cây giống Các cây công nghiệp ngắn ngày như đậu tương và lạc do được gieo trực tiếp nên hiện nay không có nhu cầu về sản xuất cây con Riêng cây mía cần 705.850 tấn giống mỗi năm cho hơn 70.000 ha trồng lại Hiện nay, Nông Cống, Lam Sơn âng áp dụng quy trình mía bầu, Với 20.000 bầu cần thiết cho 1 ha, cho diện tích mía toàn quốc nên áp dụng quy trình này chúng ta cần một lượng bầu giống khổng lồ (khoảng 1,4 tỷ bầu mỗi năm) Để hoàn thành dự án trồng 5 triệu

ha rừng đến năm 2010 thì mỗi năm nước ta phải trồng khoảng 500.000 ha rừng tập trung Theo dự án về giống cây lâm nghiệp thì từ năm 2001 đến 2005 chúng

ta cần 1.278.455 kg hạt giống hoặc 2.521.075 nghìn cây giống, còn từ năm 2006-2010 cần 1.365.745 kg hạt giống hoặc 3.740.515 nghìn cây giống

Một trong những khâu sản xuất giống là tạo giá thể cho cây giống Khâu này bao gồm việc nghiền sàng đất và trộn các chất dinh dưỡng cần thiết cho cây

Đây là khâu nặng nhọc và tốn nhiều công sức Trên thế giới, ở các nước phát triển hiện nay khâu này đã hoàn được cơ giới hoá Giá thể đã trở thành một mặt hàng, mà các nhà sản xuất giống không nhất thiết phải là người sản xuất giá thể

Hiện nay ở nước ta chủ yếu vẫn thực hiện bằng thủ công, năng suất thấp và chất lượng không đảm bảo Phương thức sản xuất vẫn là tự cung tự cấp, chất

lượng giá thể không đảm bảo chất lượng Vì vậy đề mục ‘Nghiên cứu lựa chọn quy trình công nghệ và thiết kế hệ thống thiết bị chuẩn bị giá thể sản xuất cây giống’ được đặt ra nhằm bắt đầu giải quyết các tồn tại nêu trên của việc sản

xuất cây giống ở nước ta

Chương I

Tổng quan Tình hình sản xuất giá thể phục vụ sản xuất cây giống

trên thế giới và trong nước 1.1 Trên Thế giới

Hiện nay trên thế giới việc sản xuất cây giống được tiến hành rất theo nhiều công nghệ rất đa dạng Tuy nhiên có thể phân loại theo hai dạng chủ yếu là: Sản xuất cây giống có giá thể và không có giá thể (hidrôpnic, aeroponic), trong đú sản xuất cây giống theo công nghệ có giá thể vẫn là chủ yếu

Giá thể sử dụng trong sản xuất cây giống trên thế giới rất đa dạng và phong phú về chủng loại Có thể chia làm ba loại chính sau:

- Giá thể là đất (đất được phối trộn với một số phân khoáng, mùn )

- Giá thể có nguồn gốc thực vật (được làm từ nguyên liệu là xác thực vật, phế phụ phẩm nông nghiệp )

- Giá thể là polyme tổng hợp (polyme có dạng xốp có thể giữ nước và rễ cây

có thể phát triển)

Loại giá thể polyme mới chỉ được sử dụng rất ít ở các nước phát triển Các giá thể có nguồn gốc từ thực vật như mụn dừa, rong tảo đã hoai mục v.v được sử dụng chủ yếu cho các loại cây giống quý hiếm, có giá thành cao như hoa phong lan, Với các cây giống nông nghiệp và lâm nghiệp giá thể được sử dụng chủ yếu là đất được trộn với một số mùn đã hoai như mùn cưa, bã mía, phân chuồng

đã được ủ và một số phân khoáng khác

Về mặt quy mô sản xuất, tại các nước phát triểngiá thể được sản xuất tập trung tại những trung tâm lớn, bao gồm tất cả các khâu thu nhận giá thể, sản xuất giá thể và đóng gói xuất ra thị trường Các nhà sản xuất cây giống không nhất thiết phải là những nhà sản xuất giá thể

1.1 Khái quát về công nghệ sản xuất giá thể

Theo phân tích ở trên chúng ta sẽ tập trung vào quy trình sản xuất giá thể là đất Quy trình sản xuất giá thể thường theo sơ đồ sau:

Hình 1: Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất giá thể

Nguyên liệu chủ yếu trong công nghệ là đất tầng mặt, được khai thác và chở

về tập kết ở các kho chứa Đất sau khi đã đạt một độ ẩm nhất định sẽ được đưa qua hệ thống nghiền đạt kích thước thích hợp cho giá thể kích thước hạt đất đảm bảo yêu cầu nông học cho cây là từ 0-5 mm trong đó lượng hạt từ 1-5 mm là chủ yếu Để đảm bảo điều đó sau khi nghiền đất được qua hệ thống sàng phân loại để loại bỏ các tạp chất có kích thước không đảm bảo nhưấo, cỏ rác cỏ rác Thông thường các loạ sàng chỉ phân loại các hạt có kích thước lớn Việc duy trì tỉ lệ hạt quá bé dưới 1 mm chủ yếu nhờ qua chế độ nghiền Đất sau khi đã được phân loại

sẽ được phối trộn với các nguyên liệu cần thiết như mùn, các khoáng chất, tuỳ vào từng loại cây giống mà tỷ lệ phối trộn này cũng khác nhau Với những quy mô sản xuất cây giống có xưởng sản xuất giá thể riêng, các “phụ gia” có thể

được trộn ngay tại giây chuyền Với giá thể sản xuất hàng hoá, một số chất phân khoáng cũng có thể được trộn tại các trung tâm sản xuất giống

Một số ưu điểm của sản xuất giá thể theo kiểu công nghiệp:

- Chủ động được thời tiết Do đất được khai thác và bảo quản tại các kho nên nguyên liệu trước khi nghiền có độ ẩm thích hợp, quá trình nghiền cũng bị bết khi nghiền

- Giá thể sạch bệnh, do được xử lý trong giây chuyền

- Thành phần và kết cấu giá thể được đảm bảo, đặc biệt là kích thước hạt và

độ trộn đều

Nguyên

liệu thô Nghiền

Phối trộn các nguyên liệuPhân

1.1.2 Hệ thống thiết bị sản xuất giá thể theo kiểu công nghiệp

Theo quy trình sản xuất giá thể đã nêu, trong dây chuyền sản xuất giá thể bao gồm các thiết bị sau:

- Máy băm, nghiền thân cây, rơm, cỏ;

- Máy nghiền đất và các loại mùn xác thực vật đã hoai;

- Sàng phân loại;

- Máy trộn giá thể;

- Các hệ thống phụ trợ như băng tải, xi lô chứa, v.v

Trên thế giới công đoạn nghiền thân cây, rơm, rác, xác thực vật chưa hoai mục thông thường được thực hiện bằng hai công đoạn riêng biệt là băm nhỏ và nghiền Nói chung các máy này về mặt cấu tạo không khác biệt so với các máy băm, nghiền giăm hay các máy trong giây chuyền sản xuất phân vi sinh Hiện nay trong nước ta cũng đã có một số mẫu máy tương tự như máy băm rơm cho thức ăn trâu bò, máy băm dăm Đây là một dây chuyền thiết bị tương đối lớn, Do kinh phí eo hẹp, thời gian có hạn nên trong khuôn khổ của đề tài chỉ xem xét loại máy nghiền đất và đánh giá khả năng của máy trong việc nghiền các xác thực vật đã hoai như phân vi sinh, mùn vỏ, thân cây

Sau đây báo cáo sẽ tập trung phân tích các máy móc hiện có trên thế giới để thực hiện các công đoạn nghiền đất, sàng và trộn

Máy nghiền đất

Trên thế giứo máy nghiền đất rất đa dạng về chủng loại cũng như về năng suất tuy nhiên về nguyên lý hiện nay chủ yếu ở hai dạng máy nghiền trục và máy nghiền búa

Hình 4: máy nghiền trục

Máy nghiền trục thường được dùng nghiền đất trong công nghiệp gốm sứ Yêu cầu về độ mịn của sản phẩm rất cao

Phổ biến hiện nay trong sản xuất giá thể cho cây giống được sử dụng loại máy nghiền búa

Đối với đất khô ta có thể sử dụng các loại sàng như các máy nghiền thông dụng Sự khác biệt đáng kể giữa máy nghiền đất và các loại máy nghiền khác là

ở chỗ: do đất có độ ẩm thay đổi tương đối cao, và đặc biệt với loại đất đồi feralit quá nghiền đất thường hay gây ra bết sàng Chính vì điều này trong kết cấu của máy nghiền có nhiều sự thay đổi đáng kể

Phương án thay đổi đầu tiên là sử dụng buồng nghiền hở Do đất được nghiền chỉ qua búa nghiền trong một thời gian rất ngắn nên sản phẩm thu được còn rất thô, các hạt quá kích thước ra khỏi máy sau khi qua sàng phân loại phải thu hồi

để đập lại Do đó chi phí năng lượng riêng của máy sẽ rất cao, nhưng bù lại kích thước hạt sẽ được đảm bảo hơn, tỷ lệc hạt quá be sẽ giảm Những máy nghiền kiểu này hiện ở việt nam thường dùng để đánh tơi vật liệu như trong sản xuất phân vi sinh

Phương án thứ hai được áp dụng là sử dụng sàng có kích thước khe hở lớn, thường dùng loại sàng được cấu tạo bởi các thanh thép đạt theo chiều ngang của máy sàng Về khả năng chống bết, tắc sàng phương án này không thấp hơn đáng

kể với phương án đầu nhưng độ nhỏ của sản phẩm lại cao hơn hẳn Với những

loại đất như đất đồi peralit có độ ảm khoảng 40% thì cả phương án nghiền buồng

so với việc nghiền các vật liệu nông nghiệp khác

Khoảng cách giữa các thanh sàng được lựa chọn vào khoảng 10 mm, sẽ đáp ứng kích thước hạt chủ yếu dưới 7 mm

-

Hình 5: Cấu tạo máy nghiền búa

Hình 6: Máy nghiền búa

Máy nghiền của công ty Nhật Bản dùng cho sản xuất mạ khay.

Máy sàng đất

Nguyên lý hoạt động của một số máy phân loại:

Hiện nay trên thế giới cũng như ở Việt nam đã sử dụng nhiều máy phân loại với các nguyên lý khác nhau Các máy sàng đất trên thế giới hiện chủ yếu ở hai dạng sau:

- Phân loại bằng sàng: Dựa vào sự khác nhau về kích thước nguyên liệu để

phân loại kiểu lưới sàng phẳng hoặc nghiêng tịnh tiến qua lại hoặc kiểu máy có rây phẳng chuyển động tịnh tiến tròn vv Theo nguyên lý này hiệu suất phân loại cao, cấu tạo máy đơn giản, độ bền cao, lưới sàng được thay đổi kích thước để phân loại được nhiều loại nguyên liệu nguyên liệu trên cùng một máy

Nguyên lý phân loại bằng sàng rung kiểu lưới sàng nghiêng thực hiện những dao động theo đường thẳng nằm ngang được sử dụng nhiều Tuỳ theo những điều kiện cụ thể nguồn rung của của sàng có thể được tạo ra nhờ cơ cấu 4 khâu, hay quả văng quay lệch tâm Với cơ cấu 4 khâu biên độ, tần số dao động của sàng không bị ảnh hưởng bởi lượng cung cấp trên sàng, và có thể điều chỉnh nhờ thay

đổi tốc độ quay và độ lệch tâm của trục quay Với sàng lắc sử dụng nguồn rung

là các khối lượng quay lệch tâm, biên độ rung của sàng phụ thuộc vào lượng vật liệu trên sàng cũng như tần số quay của động cơ Thông thường sàng rung được

đặt trên các gối đàn hồi và sàng có thể rung theo nghiều hướng

Hình 7: Máy phân loại dạng sàng dung nhiều tầng

- Phân loại theo nguyên lý trống quay

Để phân riêng hỗn hợp có các thành phần nguyên liệu khác nhau theo chiều dài trống Nguyên lý này có năng suất riêng trên 1m2 sàng thấp, chế tạo phức tạp và giá thành cao

ưu điểm của loại này là việc làm sạch mặt sàng dễ dàng hơn loại sàng rung phẳng, nhờ các chổi quét đặt theo chiều dài trống, và tận dụng ngay chuyển

động quay của trống để làm sạch

Hình 10: Máy phân loại dạng trống quay

Hiện nay, trên thế giới hầu hết sử dụng máy phân loại dạng sàng phẳng Máy sàng phẳng hiện nay được sản xuất rất đa dạng về kích cỡ cũng như độ phức tạp của các thiết bị phụ trợ (bộ phận làm sạch mặt sàng, bộ phận rung ) Nhưng các máy phân loại thường có một cố thông số chính như sau:

- Tần số rung: 300-500 lần/phút

- Biên độ rung: 7-10 mm

- Gãc nghiªng mÆt sµng: 8-10o

H×nh 12: CÊu t¹o sµng ph©n lo¹i

H×nh 13: M¸y ph©n lo¹i Scree (Mü)

H×nh 14: M¸y sµng ph¼ng cña h·ng Tornado

* Qua quá trình khảo sát tìm hiểu tại một số cơ sở, và các nước trên thế giới chúng ta thấy đều sử dụng nguyên lý phân loại bằng sàng rung trong khâu phân loại, máy của Mỹ, máy của AUSTRALIA sản xuất

Máy trộn

Máy trộn đối với sản phẩm rời được sử dụng rộng rãi trong các ngành công, nông nghiệp Việc trộn những vật liệu rời nhằm mục đích có được những khối lượng đồng nhất trong quá trình sản xuất Hiệu quả của máy trộn sản phẩm rời

được xác định bằng thời gian cần thiết để nhận được mức độ trộn yêu cầu Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trộn là:

- Khối lượng riêng của sản phẩm trộn

- Đại lượng và sự phân bố độ lớn các hạt trộn của các cấu tử thích hợp;

- Độ ẩm của các sản phẩm cần trộn;

- Dạng hạt

Khi có sự khác nhau nhiều về khối lượng riêng, kích thước và sự phân bố sản phẩm thì được mức độ trộn cần thiết sẽ khó khăn và yêu cầu tốn nhiều thời gian Chất lượng trộn được xác định bằng sự phân bố đồng đều các hạt trong hỗn hợp thu nhận được sau một thời gian trộn xác định

Khi trộn sản phẩm rời có thể chỉ trộn vật liệu khô và trộn vật liệu khô với một lượng chất lỏng không lớn Những máy trộn dùng để trộn sản phẩm khô rời, theo cấu tạo được chia ra: loại quay và loại vận chuyển

- Máy trộn quay: là những máy trộn kiểu thùng quay với các loại khác nhau,

hình côn, hình trụ, những máy trộn dạng nồi quay

Hình 15: Máy trộn thùng quay

- Máy trộn bằng vít xoắn: việc trộn đ−ợc tiến hành bằng vít xoắn mà nó

không những dùng để trộn mà còn làm dịch chuyển vật liệu trộn

Hình 16: Máy trộn bằng vít xoắn

- Máy trộn dùng cánh đảo: sản phẩm rời đ−ợc khuấy trộn bằng cánh đảo những

máy trộn ấy làm việc liên tục hay gián đoạn

Hình 17: Máy trộn dùng cánh đảo

Một số máy trộn sử dụng trong sản xuất giá thể

Hiện nay, trong sản xuất giá thể chủ yếu sử dụng máy trộn trục ngang với

bộ phận làm việc dạng vít xoắn hay dạng cánh đảo Tuỳ theo kết cấu mà máy trộn có thể có 1 hay hai trục đảo Tuỳ theo yêu cầu mà người ta có thể sử dụng máy trộn liên tục hay theo mẻ

Thông thường máy trộn liên tục có kích thước dài hơn Với loại liên tục các cánh đảo sẽ được đặt nghiêng so với trục đảo một góc thích hợp, vừa có tác dụng

đảo trộn vật liệu và đẩy vật liệu đi theo hướng dọc trục Loại máy trộn liên tục thường dùng cho các dây chuyền có năng suất lớn Giá thành của máy cũng cao hơn so với loại trộn theo mẻ

Hình 18: Máy trộn của công ty Bouldin & Lawson (USA)

Hình 19: Máy trộn ngang 1 và 2 trục của Visser (Hà lan)

Chương II Mục tiêu, nhiệm vụ, đối tượng và phương pháp nghiên

cứu 2.1 Mục tiêu :

Cơ giới hoá nông lâm nghiệp là một trong những yếu tố quan trọng thúc đẩy quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá và chuyển dịch cơ cấu kinh tế trong nông nghiệp và nông thôn Trong nhiều năm đổi mới vừa qua, cơ điện khí hoá nông nghiệp đã góp phần tạo nên sự phát triển vượt bậc của nền sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam, góp phần tăng sản lượng và mức độ thâm canh trong sản xuất nông – lâm nghiệp

Công nghiệp hoá-Hiện đại hoá nông nghiệp và nông thôn, một chủ trương lớn của Đảng và nhà nước, đòi hỏi phải có sự đóng góp của nhiều ngành, nhiều mặt, nhưng trong đó CGH sản xuất giống cây trồng là một lĩnh vực không thể thiếu

Đến nay CGH sản xuất giống cây trồng ở nước ta đã đạt được nhiều tiến bộ CGH làm đất đã đạt mức 60%, khâu xay xát chế biến thóc thành gạo đạt 100%, các khâu khác như gặt, gặt đập liên hợp, sấy thóc, gieo thẳng cũng đã khởi đầu

đưa vào ứng dụng trong sản xuất Nhưng riêng CGH sản xuất cây giống trong đó khâu chuẩn bị là năng nhọc nhất vẫn chưa được cơ giới hoá

Vì vậy, mục tiêu của đề mục là: Nghiên cứu, lựa chọn thiết kế chế tạo hệ thống thiết bị máy móc để CGH sản xuất giá thể (trọng tâm là đất) phù hợp với điều kiện hiện tại của Việt Nam

Nhiệm vụ:

- Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nghiền đất năng suất 1T/h

- Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy sàng đất năng suất 1T/h

- Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy trộn đất và phân năng suất 1T/h

- Khảo nghiệm đánh giá các thông số kỹ thuật của máy

- ứng dụng cho 3 mô hình sản xuất cây giống là: dây chuyền mạ thảm, dây chuyền sản xuất cây giống lâm nghiệp, mô hình sản xuất cây giống mía bầu

2.3 Đối tượng nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu ở phần này là đất được dùng làm giá thể :

Đất được chọn làm giá thể theo công nghệ sản xuất cây giống được chọn là đất

đồi tầng mặt, được khai thác ở độ sâu không quá 30 cm ở nước ta loại này chủ yếu là là loại đất đỏ vàng được chia thành nhiều nhóm nhỏ trong đó hai loại chính là đất nâu vàng trên đất mẹ phiến thạch và đất nâu đỏ trên đá mẹ bazan Cơ

lý tính của loại đất này được trình bày ở bảng

Độ ẩm trong mùa khô :

Độ ẩm (W%) ở độ sâu (cm) Loại đất

Giới hạn nhão

Độ ẩm (Wnh%) ở độ sâu (cm) Loại đất

Loại đất đất - thép

đất nâu vàng trên đất