Nghiên cứu thiết kế cơ cấu dẫn động cho bộ phận công tác của liên hợp máy xới xung quanh gốc cây cà phê

Tính toán các thông số cơ bản của cơ cấu dẫn ñộng máy công tác sử dụng một cam Elip.... Sơ ñồ xác ñịnh các thông số cơ bản của cơ cấu dẫn ñộng máy công tác khi sử dụng 2 cam elip.... Sơ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-
-

DƯƠNG VĂN THÁI

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CƠ CẤU DẪN ðỘNG CHO

BỘ PHẬN CÔNG TÁC CỦA LIÊN HỢP MÁY XỚI

XUNG QUANH GỐC CÂY CÀ PHÊ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá

Nông - Lâm nghiệp

Mã ngành: 60 52 14

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NÔNG VĂN VÌN

LỜI CAM ðOAN

- Tôi xin cam ñoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa từng ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào

- Tôi xin cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả

Dương Văn Thái

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin trân trọng cảm ơn sâu sắc PGS.TS NÔNG VĂN VÌN người ñã

trực tiếp hướng dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn của mình

Xin trân trọng cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn Cơ khí ñộng lực, khoa Cơ ðiện, các thầy giáo, cô giáo Viện ñào tạo sau ñại học trường ðHNN Hà Nội ñã hướng dẫn và giúp ñỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn Xin trân trọng cảm ơn bạn bè, ñồng nghiệp, Trung tâm TƯDCNM và LðSX, BGH Trường Cao ñẳng nghề Việt Xô số 1 ñã tạo ñiều kiện trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn

Hà nội, ngày 20 tháng 8 năm 2012

MỤC LỤC

Trang

LỜI CAM ðOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC BẢNG vi

DANH MỤC CÁC HÌNH vii

MỞ ðẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tình hình sản xuất cà phê ở Việt Nam và trên thế giới 3

1.2 Tồng quan về Kỹ thuật trồng và chăm sóc cây cà phê 7

1.2.1 Kỹ thuật trồng cây cà phê: 7

1.2.2 Kỹ thuật chăm sóc cây cà phê: 9

1.3 Tình hình cơ giới hóa khâu chăm sóc cây cà phê ở Việt Nam và trên thế giới 11

1.3.1 ðiều kiện làm việc của các liên hợp máy chăm sóc cây cà phê 12

1.3.2 Một số loại máy chăm sóc cây các phê 13

1.4 Kết luận chương 1 15

Chương 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH ðỘNG HỌC CƠ CẤU DẪN ðỘNG CHO BỘ PHẬN CÔNG TÁC CHUYỂN ðỘNG QUANH GỐC CÂY CÀ PHÊ 16

2.1 Lựa chọn sơ ñồ ñộng của cơ cấu dẫn ñộng máy công tác chuyển ñộng quanh gốc cây 16

2.1.1 Yêu cầu kỹ thuật chăm sóc cây cà phê 16

2.1.2 Lựa chọn nguyên lý làm việc của cơ cấu dẫn ñộng máy công tác chuyển ñộng vòng quanh gốc cây cà phê 18

2.1.3 Lựa chọn phương án thiết kế cam 21

2.2 Tính toán các thông số cơ bản của cơ cấu dẫn ñộng máy công tác sử

dụng một cam Elip 21

2.2.1 Xác ñịnh các thông số cơ bản của cam Elip 23

2.2.2 Xác ñịnh gốc tọa ñộ và hành trình của piston 24

2.2.3 Kiểm tra khoảng cách an toàn bảo vệ cây 24

2.2.4 Kiểm tra ñiều kiện tự hãm của cơ cấu cam Elip 25

2.2.5 Xác ñịnh quĩ ñạo của của máy công tác 27

2.3 Tính toán các thông số cơ bản của cơ cấu dẫn ñộng máy công tác sử dụng hai cam elip 30

2.3.1 Xác ñịnh các thông số của cơ cấu 2 cam elip 30

2.3.2 Xác ñịnh gốc tọa ñộ và hành trình của piston 32

2.3.3 Kiểm tra ñiều kiện tự hãm của cơ cấu cam Elip 32

2.3.4 Xác ñịnh quĩ ñạo của của máy công tác 34

2.4 Tính toán các thông số cơ bản của cơ cấu dẫn ñộng máy công tác sử dụng cam chép hình 35

2.4.1 Xác ñịnh các hệ tọa ñộ 36

2.4.2 Xác ñinh biên dạng cam 37

2.4.3 Xác ñịnh quĩ ñạo chuyển ñộng của máy công tác 39

2.5 Lựa chọn chiều chuyển ñộng của máy công tác 40

2.6 Phương án giảm hành trình piston băng cơ cấu ñòn gánh-con trượt 41

2.7 Kết luận chương 2 42

Chương 3 MỘT SỐ KẾT QUẢ KHẢO SÁT CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA CƠ CẤU DẪN ðỘNG MÁY CÔNG TÁC 43

3.1 Mục ñích và phương pháp khảo sát 43

3.2 Khảo sát các thông số cơ bản của cơ cấu sử dụng một cam elip 43

3.2.1 Lựa chọn các tham số ñầu vào và thông số khảo sát 43

3.2.2 Thuật toán và chương trình khảo sát 44

3.2.3 Một số kết quả khảo sát cơ cấu dẫn ñộng sử dụng một cam elip 46

3.3 Khảo sát các thông số cơ bản của cơ cấu sử dụng hai cam elip 48

3.3.1 Lựa chọn các tham số ñầu vào và thông số khảo sát 48

3.2.2 Thuật toán và chương trình khảo sát cơ cấu sử dụng 2 cam elip 49

3.3.3 Một số kết quả khảo sát cơ cấu dẫn ñộng sử dụng hai cam elip 50

3.4 Khảo sát các thông số cơ bản của cơ cấu sử dụng hai cam chép hình 53

3.4.1 Lựa chọn các tham số ñầu vào và thông số khảo sát 53

3.4.2 Thuật toán và chương trình khảo sát cơ cấu sử dụng chép hình 53

3.4.3 Một số kết quả khảo sát cơ cấu dẫn ñộng sử dụng cam chép hình 55

3.5 Kết luận chương 3 58

Chương 4 MÔ PHỎNG CƠ CẤU DẪN ðỘNG MÁY CÔNG TÁC CHUYỂN ðỘNG VÒNG QUANH GỐC CÂY BẰNG PHẦN MỀM INVENTOR 59

4.1 Mục ñích và phương pháp nghiên cứu 59

4.2 Lựa chọn các phương án thiết kế và mô phỏng 61

4.3 Trình tự thết kế và mô phỏng 61

4.4 Một số kết quả thiết kế và mô phỏng 62

4.4.1 Thiết kế cơ cấu dẫn ñộng cam elip-ñòn gánh 62

4.4.2 Thiết kế cơ cấu dẫn ñộng cho liên hợp máy phay ñất trục ñứng 64

4.4.3 Khảo sát sơ bộ về ñộ phay ñồng ñều của máy phay ñất trục ñứng 65

4.5 Kết luận chương 4 66

KẾT LUẬN CHUNG VÀ ðỀ NGHỊ 68

Kết luận: 68

Kiến nghị: 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 3.1 Sai số bán kính tính toán Rt so với bán kính yêu cầu R 48

Bảng 3.2 Sai số bán kính tính toán Rt so với bán kính yêu cầu R 51

Bảng 3.3 Sai số bán kính tính toán Rt so với bán kính yêu cầu R600 52

Bảng 3.4 Bảng các tọa ñộ của biên dạng cam chép hình 56

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hình 1.1 Diện tích gieo trồng và sản lượng cà phê Việt Nam 4

Hình 1.2 Sản lượng cà phê Việt Nam theo tỉnh thành mùa vụ 2011-2012 5

Hình 1.3 Sản lượng cà phê Việt Nam từ mùa vụ 2001/2002 ñến mùa vụ 2011/2012 5

Hình 1.4 Sức tiêu thụ cà phê trên ñầu người tại một số quốc gia trong giai

ñoạn năm 2000 ñến năm 2010 7

Hình 1.5 Làm cỏ xung quanh gốc cây cà phê 9

Hình 1.6 Máy ñào bồn ña năng 12

Hình 1.7 Hình ảnh ñiều khiển máy xới quanh gốc cà phê khi tán cây rộng, thấp nguy cơ gây mất an toàn lao ñộng cho người ñiều khiển 13

Hình 1.8 Máy ñào bồn ña năng (phiên bản cũ- trái, phiên bản mới - phải) 13

Hình 1.9 Máy ñào bồn cà phê 14

Hình 1.10 Máy xới ñất ña năng 15

Hình 2.1 Sơ ñồ xác ñịnh các kích thước vùng làm ñất chăm sóc cây cà phê 1

Hình 2.2 Sơ ñồ cơ cấu biên-tay quay lệch tâm 1

Hình 2.3 Sơ ñồ cơ cấu cam – ñòn gánh 1

Hình 2.4 Sơ ñồ cơ cấu dẫn ñộng máy công tác chuyển ñộng quanh gốc cây sử dụng 2 cam 1

Hình 2.5 Sơ ñồ cơ cấu dẫn ñộng máy công tác chuyển ñộng quanh gốc cây sử dụng 1 cam 1

Hình 2.6 Sơ ñồ xác ñịnh các thông số cơ bản của cơ cấu cam Elip 1

Hình 2.7 Kiểm tra an toàn bảo vệ cây 1

Hình 2.8 Kiểm tra ñiều kiện tự hãm của cơ cấu cam Elip 1

Hình 2.9 Xác ñịnh quĩ ñạo của tâm máy công tác khi sử dụng cơ cấu một cam Elip 1

Hình 2.10 Sơ ñồ ñộng học cơ cấu dẫn ñộng máy công tác chuyển ñộng vòng

quanh gốc cây 1

Hình 2.11 Sơ ñồ xác ñịnh các thông số cơ bản của cơ cấu dẫn ñộng máy công tác khi sử dụng 2 cam elip 1

Hình 2.12 Kiểm tra ñiều kiện tự hãm của cơ cấu cam Elip 1

Hình 2.13 Xác ñịnh quĩ ñạo của tâm máy công tác khi sử dụng cơ cấu hai cam Elip 1

Hình 2.14 Xác ñịnh các hệ tọa ñộ của cơ cấu 1

Hình 2.15 Sơ ñồ xác ñịnh biên ñộ cam bằng phương pháp số 1

Hình 2.16 Biên dạng cam thiết kế theo phương pháp số 1

Hình 2.17 Sơ ñồ cơ cấu dẫn ñộng 2 máy công tác quay ngược chiều 1

Hình 2.18 Sơ ñồ cơ cấu dẫn ñộng 2 máy công tác quay cùng chiều 1

Hình 2.19 Sơ ñồ xác ñịnh hành trình piston 1

Hình 3.1 Sơ ñồ cơ cấu dẫn ñộng sử dụng một cam Elip 1

Hình 3.2 Cơ cấu dẫn ñộng máy công tác kiểu cam-ñòn gánh khi sử dụng một cam elip, ñộ lệch tâm e=0 1

Hình 3.3 Cơ cấu dẫn ñộng máy công tác kiểu cam-ñòn gánh khi sử dụng một cam elip, ñộ lệch tâm e=150 1

Hình 3.4 Sơ ñồ xác ñịnh các thông số cơ bản của cơ cấu dẫn ñộng máy công tác khi sử dụng 2 cam elip 1

Hình 3.5 Cơ cấu dẫn ñộng máy công tác kiểu cam-ñòn gánh khi sử dụng hai cam elip, ñộ lệch tâm e=150; u=75 1

Hình 3.6 Cơ cấu dẫn ñộng máy công tác kiểu cam-ñòn gánh khi sử dụng hai cam elip, ñộ lệch tâm e=150; u=75 1

Hình 3.7 Sơ ñồ cơ cấu dẫn ñộng sử dụng cam chép hình 1

Hình 3.8a Xác ñịnh các thông số cơ bản của cơ cấu dẫn ñộng sử dụng cam chép hình 1

Hình 3.8b Xác ñịnh trắc diện cam chép hình bằng tính toán rời rạc 1

Hình 3.8c Biên dạng cam sau khi ñược min hóa bằng hàm Spline 1

Hình 3.8d Kiểm tra quĩ ñạo máy công tác khi sử dụng cam ñã ñược mịn hóa

bằng hàm Spline 1

Hình 4.1 Xác ñịnh các trục cam elip và các kích thước cơ bản của cơ cấu 1

Hình 4.2 Hình dạng cơ cấu cam-ñòn gánh 1

Hình 4.3 Quỹ ñạo chuyển ñộng tâm trục máy công tác 1

Hình 4.4 ðồ thị vận tốc của ñiểm lắp máy công tác trên thanh truyền 1

Hình 4.5 Hình ảnh ba chiều của liên hợp máy phay ñất trục ñứng 1

Hình 4.6 Hình chiếu bằng của liên hợp máy phay ñất trục ñứng có hai bộ phận phay quay ngược chiều 1

Hình 4.7 Hình chiếu bằng của liên hợp máy phay ñất trục ñứng có hai bộ phận phay chuyển ñộng cùng chiều 1

Hình 4.8 ðồ thị vận tốc tuyệt ñối của tâm trục phay theo quĩ ñạo vòng quanh gốc cây 1

Hình 4.9 Quĩ ñạo chuyển ñộng của lưỡi phay trục ñứng 1

MỞ ðẦU

Việt nam là ñất nước có vị trí ñịa lý và ñiều kiện tự nhiên thuận lợi cho việc phát triển Nông Lâm nghiệp Theo Tổng cục hải quan chính thức công bố năm 2011 tổng kim ngạch xuất khẩu ñạt 96,9 tỷ USD [14] trong ñó các mặt hàng xuất khẩu chủ yếu như: Gạo, Cà phê, Hạt tiêu Diện tích trồng cây cà phê ở Việt Nam hiện nay khoảng 550.000ha [12] Quan ñiểm chỉ ñạo và ñịnh hướng chiến lược phát triển cây cà phê ở Việt Nam từ nay ñến năm 2020 và tầm nhìn 2030 [8] thì diện tích cây

cà phê tiếp tục ñược tăng lên, ñồng thời phát triển bền vững, ñảm bảo năng suất, sản lượng, chất lượng, hiệu quả cao trong sản xuất, chế biến và tiêu thụ theo phương hướng ổn ñịnh lâu dài, giải quyết hài hoà lợi ích về kinh tế - xã hội, gắn với bảo vệ môi trường và giữ vững trật tự an toàn xã hội

ðể duy trì và phát triển hơn nữa về năng xuất chất lượng cà phê thì việc áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật vào sản xuất là hết sức cần thiết ñặc biệt là khâu chế biến và cơ giới hóa trong khâu trồng, chăm sóc cây cà phê Nó ảnh hưởng trực tiếp ñến sự sinh trưởng, phát triển và năng xuất chất lượng cà phê Hiện nay khâu xới và làm cỏ xung quanh gốc cây cà phê chủ yếu ñược thực hiện bằng phương pháp thủ công, người lao ñộng làm việc vất vả nhưng năng suất lao ñộng lại thấp

Gần ñây một số loại máy kéo nhỏ lái bằng càng cũng ñã ñược sử dụng ñể chăm sóc cây cà phê Một số mẫu máy chuyên dùng ñể chăm sóc cây cà phê cũng

ñã ñược áp dụng trong thực tế, ñiển hình như máy ñào bồn ña năng do công ty Công

ty TNHH MTV Minh Phát sản xuất hàng loạt và áp dụng với số lượng tương ñối Tuy nhiên nhược ñiểm lớn nhất của loại máy này là người lái vất vả và ñặc biệt là khi cây phát triển cao, tán rộng thì máy rất khó chui vào gốc cây ñể làm việc, nguy

cơ dẫn ñến mất an toàn lao ñộng

Nếu sử dụng một cơ cấu dẫn ñộng ñể ñiều khiển máy công tác chuyển ñộng xung quanh gốc cây trong khi máy kéo ñứng yên thì sẽ an toàn cho người ñiều khiển và có thể sử dụng ñược các máy kéo lớn hơn

Xuất phát từ nhu cầu thực tế trên, tôi ñã chọn và thực hiện ñề tài luận văn “

Nghiên cứu thiết kế cơ cấu dẫn ñộng cho bộ phận công tác của liên hợp máy xới xung quanh gốc cây cà phê” nhằm góp phần phát triển cơ giới hóa trong sản xuất

cây cà phê ở nước ta

Mục tiêu nghiên cứu của ñề tài: ðề xuất ñược nguyên lý và tính toán ñược

các thông số cơ bản của cơ cấu dẫn ñộng cho bộ phận công tác chuyển ñộng xung quanh gốc cây cà phê

ðối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu cơ cấu dẫn ñộng từ máy kéo ñể ñiều

khiển bộ phận công tác chuyển ñộng xung quanh gốc cây cà phê

Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết ñể tìm ra một nguyên lý kết cấu

của cơ cấu dẫn ñộng cho bộ phận công tác chăm sóc cây cà phê

Phương pháp nghiên cứu: Vận dụng lý thuyết ñộng học và ñộng lực học

ñể tìm ra nguyên lý kết cấu của cơ cấu dẫn ñộng; sử dụng phần mềm Matlab ñể tính toán và phần mềm Inventor ñể mô phỏng sự hoạt ñộng của cơ cấu trên máy tính

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tình hình sản xuất cà phê ở Việt Nam và trên thế giới

Cà phê là một trong những mặt hàng xuất khẩu quan trọng của nhiều nước ñang phát triển và chiếm tỷ lệ khá lớn trong cán cân thương mại thế giới Tuy nhiên, thu nhập và lợi nhuận lại tập trung ở một số nhà ñầu cơ, chế biến và tiêu thụ trên thế giới Phần lớn các nước trồng cà phê là những nước chậm phát triển hoặc ñang phát triển

Ở Việt Nam, Theo tài liệu [7] cà phê ñược trồng từ năm 1857 ở các tỉnh như

Hà Nam, Quảng Bình, Kon tum với tổng diện tích không quá vài nghìn ha, sau năm

1930 diện tích trồng cây cà phê có khoảng 5.900 hecta, năm 1975 có khoảng 20.000

ha Sau năm 1986, thời ñiểm ñất nước ta thực hiện công cuộc ñổi mới, cây cà phê phát triển mạnh, nhất là cà phê vối (Robusta) ở Tây Nguyên, ñến nay cả nước có khoảng 550.000 ha, sản lượng khoảng trên 850.000 tấn, giá trị xuất khẩu trên 1,8 tỷ USD

Diện tích trồng cà phê ở miềm Nam trước ngày giải phóng chủ yếu là giống

cà phê vối (Canephora robusta), một số diện tích nhỏ cà phê chè ñược trồng ở Lâm

ðồng Năng suất cà phê vối trong thời kỳ này thường ñạt trên dưới 1 tấn/ha, ở một

số ñồn ñiền có quy mô vừa và nhỏ cũng ñã ñạt năng suất từ 2 - 3 tấn/ha Ngày nay trong cơ chế quản lý mới, ñược áp dụng ñồng bộ các tiến bộ kỹ thuật cho nên năng suất ñã tăng lên rất nhanh Tính ñến cuối năm 1994, tổng số diện tích cà phê ở nước

ta ñã có khoảng 150.000 ha và sản lượng vụ năm 1993/1994 ñã ñạt trên 150.000 tấn Vụ cà phê năm 1994/1995 ước ñạt 180.000 tấn Năng suất bình quân trên diện tích cà phê kinh doanh ñã ñạt trên 1,2 tấn/ha, nhiều nông trường có quy mô từ 400 -

1500 ha ñã ñạt năng suất bình quân từ 2,5 - 3 tấn/ha nhiều vùng liền khoảnh rộng tới vài trăm hecta, nhiều chủ hộ nhận khoán, nhiều vườn cà phê tư nhân ñã ñạt ñược năng suất từ 4 - 6 tấn/ha, cá biệt có một số ñiển hình ñạt từ 8 - 10 tấn/ha Từ một vài năm gần ñây cây cà phê chè ñã ñược phát triển mở rộng ở một số tỉnh miền núi phía

Bắc với tổng diện tích khoảng 7.000 ha bao gồm: Sơn La, Tuyên Quang, Bắc Thái, Vĩnh Phú, Lai Châu, Lạng Sơn, Hòa Bình, Yên Bái v.v Do sử dụng giống mới có

tên là Catimor nên ñã hạn chế ñược tác hại của sâu bệnh, một số ñiển hình ñã cho

năng suất ñạt từ 1 - 2 tấn/ha Tại Viện nghiên cứu cà phê ñã ñạt ñược trên 3 tấn/ha Theo chủ trương của Chính phủ và Bộ Nông nghiệp mục tiêu phát triển cà phê ở Việt Nam tới năm sau 2000 là : Có diện tích trên 200.000 ha và tổng sản lượng hàng năm ñạt 250.000 tấn Diện tích và sản lượng cà phê trong giai ñoạn 2000 ñến năm

2005 là 490.000 hecta và tăng lên 550.000 hecta trong giai ñoạn hiện nay giúp cho ngành sản xuất Cà phê Việt Nam sẽ là một mặt hàng nông sản quan trọng trên thị trường thế giới và ñem về nguồn ngoại tệ xứng ñáng trong nền kinh tế quốc dân Trong vòng năm năm qua, chính phủ ñã thực hiện nhiều biện pháp ñể duy trì diện tích trồng cà phê ở mức 500.000 ha nhưng theo báo cáo của Tổng cục thống kê Việt Nam, diện tích trồng cà phê vẫn tăng lên khoảng 10% và mức 550.000 ha

Hình 1.1 Diện tích gieo trồng và sản lượng cà phê Việt Nam [12]

Nguồn: Tổng cục thống kê

Theo tổ chức USDA, sản lượng cà phê nước ta mùa vụ 2011/2012 ñạt 20,6 triệu bao (tương ñương 1,24 nghìn tấn) Mưa kéo dài ñến hết tháng 11 ñã khiến việc thu hoạch cà phê gặp nhiều khó khăn Theo số liệu của Tổng cục thống kê Việt Nam, mùa vụ 2010/11 nước ta ñã xuất khẩu ñược 1,232 triệu tấn cà phê các loại ñạt kim ngạch 2,6 tỷ USD, tăng 6% về lượng và 56% về giá trị so với cùng kỳ mùa vụ

trước Cụ thể là, xuất khẩu hạt cà phê ñạt 15,3 triệu bao (tương ñương 920 nghìn tấn), giảm 7% về lượng nhưng lại tăng 37% về giá trị so với cùng kỳ mùa vụ 2009/2010 Nhờ giá cà phê trên thị trường thế giới tăng mạnh mà kim ngạch xuất khẩu hạt cà phê nước ta mùa vụ 2010/11 ñạt mức kỷ lục 2 tỷ USD.

Hình 1.2 Sản lượng cà phê Việt Nam theo tỉnh thành mùa vụ 2011-2012[12]

nguồn: Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Việt Nam)

Chúng ta có thể nhìn lại tổng sản lượng cà phê ở nước ta trong mười năm vừa qua ñược thể hiện trong hình 1.3

Hình 1.3 Sản lượng cà phê Việt Nam từ mùa vụ 2001/2002 ñến mùa vụ

2011/2012 [12]

(nguồn:Bộ Nông nghiệp Mỹ, dự báo mùa vụ 2011-2012)

Trên thế giới hiện nay có 75 nước trồng cà phê với diện tắch trên 10 triệu hecta và sản lượng hàng năm biến ựộng trên dưới 6 triệu tấn Năng suất bình quân chưa vượt quá 6 tạ nhân/ha Trong ựó ở châu Phi có 28 nước năng suất bình quân không vượt quá 4 tạ nhân/ha Nam Mỹ ựạt dưới 6 tạ nhân/ha Bốn nước có diện tắch

cà phê lớn nhất ựó là: Brazil có trên 3 triệu hecta chiếm 25% sản lượng cà phê thế giới, Coote, DỖlvoire(Châu Phi), Indonesia(Châu Á) mỗi nước khoảng 1 triệu hecta

và Côlômbia có gần 1 triệu hecta với sản lượng hàng năm ựạt trên dưới 700 ngàn tấn Do áp dụng một số tiến bộ kỹ thuật mới như giống mới và mật ựộ trồng dày nên

ựã có hàng chục nước ựưa năng suất bình quân ựạt trên 1 tấn/ha điển hình có Costa Rica ở Trung Mỹ với diện tắch cà phê chè là 85.000 ha nhưng ựã ựạt năng suất bình quân trên 1.400 kg/ha

Do sự xuất hiện và gây tác hại của bệnh gỉ sắt cà phê tại nhiều nước Trung

và Nam Mỹ từ năm 1970 trở lại ựây ựã gây thêm những khó khăn và tốn kém cho nghề trồng cà phê ở khu vực này Cà phê chè hiện nay vẫn chiếm 70% sản lượng của thế giới Diện tắch cà phê chè ựược trồng tập trung chủ yếu ở Trung và Nam

Mỹ, một số nước ở đông Phi như: Kenya, Cameroon, Ethiopie, Tanzania và một phần ở châu Á như: Indonesia, Ấn độ, Philippines

Thị trường cà phê trên thế giới trong những năm vừa qua thường chao ựảo, không ổn ựịnh nhất là về giá cả Tổ chức cà phê thế giới (ICO) do không còn giữ ựược hạn ngạch xuất nhập khẩu, giá cả trôi nổi trên thị trường tự do cho nên có những giai ựoạn giá cà phê xuống thấp chưa từng có so với vài chục năm trở lại ựây Tình trạng này ựã dẫn ựến hậu quả là nhiều nước phải hủy bỏ bớt diện tắch cà phê, hoặc không tiếp tục chăm sóc vì kinh doanh không còn thấy có hiệu quả Năm

1994 do những ựợt sương muối và sau ựó là hạn hán diễn ra ở Brazil, vì vậy ựã làm cho sản lượng cà phê của nước này giảm xuống gần 50%, do ựó ựã góp phần làm cho giá cà phê tăng vọt, có lợi cho những người xuất khẩu cà phê trên thế giới [7]

Hình 1.4 Sức tiêu thụ cà phê trên ñầu người tại một số quốc gia trong giai

ñoạn năm 2000 ñến năm 2010 [12]

1.2 Tồng quan về Kỹ thuật trồng và chăm sóc cây cà phê

1.2.1 Kỹ thuật trồng cây cà phê:

Theo tài liệu [9], kỹ thuật trồng cây cà phê bao gồm nhiều công ñoạn như: Chuẩn bị ñất trồng, thiết kế vườn cây, ñào hố, trộn phân lấp hố, kỹ thuật trồng, tủ gốc, che túp…

* ðất trồng: phải là ñất tốt, tầng ñất dày, tơi xốp, dễ thoát nước, giàu dinh dưỡng Nếu phải trồng lại trên chu kỳ trước ñã trồng cà phê thì phải trồng cây cải tạo ñất như ñậu, lạc từ 2-3 năm ðất chu kỳ trước ñã bị bệnh thối rễ thì không nên trồng lại cây cà phê mà cần phải luân canh với cây trồng khác

* Thiết kế vườn cây: Vườn cà phê thiết kế hoàn chỉnh ngay từ ñầu ñảm bảo

yêu cầu sau:

+ Thâm canh tăng năng suất lâu dài

+ Tiết kiệm ựất (ựất dành cho ựai rừng và ựường ựi dưới 15%)

- Tuỳ theo ựịa hình bằng phẳng hoặc dốc mà thiết kế vườn cây thành từng khoảnh, mỗi khoảnh 16-20ha Chiều dài của khoảnh song song với ựường ựồng mức Mỗi khoảnh ựược phân thành từng lô 1 ha (50x100m) ựể tiện quản lý Chiều dài hàng cà phê trong lô là 50m, chiều dài hàng cà phê trong 1 khoảnh là 400-500m

- Xung quanh mỗi khoảnh có các ựai rừng và ựường vận chuyển chắnh ựồng thời là ựường quay máy vuông góc với hàng cà phê, rộng 7-7,5m (tắnh từ gốc cà phê ựến chân ựai rừng) Nếu bề rộng của khoảnh là 400 m thì có 1 ựường trục chắnh giữa song song với hàng cà phê rộng 6m

- Các ựường phụ giữa các lô rộng 5m (tắnh từ gốc cà phê lô này sang gốc cà phê lô kia)

- Nếu ựịa hình có ựộ dốc trên 80 phải chú ý thiết kế ựảm bảo cho cơ giới chăm sóc và vận chuyển, bảo ựảm các biện pháp chống xói mòn như thiết kế hàng cây theo hình ựồng mức (vành nón), trồng cà phê theo kiểu nanh sấu, trồng các băng cây chống xói mòn

* đào hố, trộn phân lấp hố: Kắch thước hố ựào: đất tốt ựào dài 40cm, rộng

40 và sâu 50cm đất xấu ựào dài 50cm, rộng 50cm và sâu 60cm

- Trộn phân lấp hố: Phân hữu cơ, lân trộn ựều với ựất mặt và lấp xuống hố Hỗn hợp ựất phân lấp cao hơn mặt hố từ 10-15cm Trộn phân, lấp hố phải xong trước khi trồng mới khoảng 1-2 tháng

- Liều lượng phân cho 1 hố: Phân hữu cơ 10-15 kg, phân lân 0,5 kg

* Khoảng cách, mật ựộ trồng: Cà phê chè Catimor khoảng 5000cây/ha, hàng cách hàng 2m, cây cách cây 1m Nếu ựất xấu có thể trồng dày hơn

* Thời vụ trồng: Trồng vào 2 thời vụ trong năm: Vụ Xuân trồng vào tháng

3-4, vụ Thu trồng vào tháng 8-9, ở Nghệ An trồng chủ yếu ở vụ Thu

* Kỹ thuật trồng: Dùng cuốc móc một lỗ nhỏ giữa hố sâu 25-30cm, rộng 20cm ở chắnh giữa hố ựã ựược lấp trước Xé túi ni lon, nhẹ nhàng ựặt cây vào giữa

15-hố, ựiều chỉnh cây ựứng thẳng, lấp ựất từ từ vừa lấp vừa dùng tay nén chặt ựất, lấp ựất ngang mặt bầu Trồng xong cần làm bồn tạo thành bờ xung quanh hố

* Tủ gốc, che túp: Ngay sau khi trồng xong cần tiến hành tủ gốc cho cà phê Dùng rơm rạ, cỏ khô, cây phân xanh… tủ gốc với ñộ dày 5-10cm, cách gốc 5-10cm

ñể tránh mối làm hại cây ở những nơi sau thời gian trồng mới thường gặp hạn cần che túp Mùa mưa không cần che túp song mùa ñông che túp có tác dụng chống gió, chống hạn, chống rét

1.2.2 Kỹ thuật chăm sóc cây cà phê:

Như chúng ta ñã biết, Việt Nam là nước xuất khẩu cà phê ñứng thứ 2 trên thế giới sau Brazin Vậy ñể có ñược sản lượng và chất lượng cà phê xuất khẩu như hiện nay thì khâu chăm sóc cho cây cà phê là ñặc biệt quan trọng Kỹ thuật chăm sóc cho cây cà phê ñược thể hiện qua các bước sau [9]:

* Trồng dặm: ðối với cà phê trồng mới, sau khi trồng 15-20 ngày phải kiểm tra, trồng dặm kịp thời những cây chết và còi cọc Chấm dứt trồng dặm trước khi kết thúc mùa mưa 1,5-2 tháng Kỹ thuật trồng dặm chỉ ñào hố trồng lại trên cây chết, các thao tác như trồng mới

* Làm cỏ, tủ gốc: Trong suốt thời kỳ sinh trưởng của cây cà phê, ñặc biệt ở thời kỳ kiến thiết cơ bản phải diệt cỏ kịp thời, bảo ñảm cây cà phê không bị cỏ lấn

át Những nơi có các loại cỏ khó cuốc sạch như cỏ tranh, cỏ gấu thì tiến hành diệt cỏ bằng các loại thuốc hoá học hiện ñang ñược dùng

Hình 1.5 Làm cỏ xung quanh gốc cây cà phê

- Thường xuyên tủ gốc cho cây cà phê ựể giữ ẩm, giảm ựược tưới nước và công làm

cỏ đồng thời tủ gốc còn ựiều hoà nhiệt ựộ ựất, giữ cho ựất luôn tơi xốp

* Trồng xen trong vườn cà phê ở thời kỳ kiến thiết cơ bản: Trong thời kỳ kiến thiết cơ bản các vườn cà phê cần trồng xen những cây trồng khác ựể bảo vệ, cải tạo, nâng cao ựộ phì của ựất Các cây trồng xen có thể sử dụng là: Lạc, ựậu ựỗ các loại Cây, cành, lá của cây trồng xen dùng làm nguyên liệu tủ gốc

* Cây che bóng và ựai rừng chắn gió: Cây che bóng tạm thời: Trồng vào giữa

2 gốc cà phê hoặc trồng thành băng ở giữa 2 hàng cà phê bằng các cây phân xanh có thân ựứng cao như muồng hoa vàng, cốt khắ, ựậu săng đối với cây che bóng lâu dài: Trồng cây keo dậu hay gọi là cây Xina, khoảng cách trồng 5m x 6m Sau khi cây Xina lớn thì tỉa dần và cố ựịnh mật ựộ 10 x 12m (cứ 2 cây tỉa ựi 1 cây) Chú ý cây bóng mát trồng vào giữa vị trắ của 2 cây cà phê trong thời kỳ cà phê ở thu hoạch thì bộ tán của cây che bóng phải cao cách bộ tán cây cà phê từ 2,5-3m

- đai rừng chắn gió: Xung quanh vùng trồng cà phê cần trồng các ựai rừng chắn gió đai rừng trồng thẳng gốc với hướng gió chắnh hoặc chếch 1 góc 600 đai rừng rộng 9 m, ở giữa trồng 3 hàng muồng ựen, hàng cách hàng 1 m và cây cách cây 3 m Hai bên mép ựai rừng trồng thêm các loại cây ăn quả như mắt, nhãn, vải, xoài

* Bón phân thúc cho cà phê: - Phân hữu cơ: Mỗi năm bón cho cà phê 1 lần phân hữu cơ sau khi thu hoạch quả Liều lượng 5-10kg/cây kết hợp với phân lân và phân vô cơ bón lần cuối cùng trong năm (tháng 11-12) Cách bón: đào rãnh sâu 20cm, rộng 20cm xung quanh mép tán, rải ựều phân hữu cơ và các tàn dư thực vật xung quanh, sau ựó lấp lại

- Phân vô cơ: Phân ựạm và kali có thể bón 3 lần/năm vào tháng 2-3, 6-7,

11-12 Trước khi bón phân cần làm cỏ sạch, trộn các loại phân với nhau, rải ựều xung quanh tán lá và lấp lại bằng lớp ựất mặt ựể tránh bốc hơi hoặc phân bị rửa trôi khi gặp mưa Lần bón phân cuối cùng trong năm cần kết hợp với phân chuồng và phân lân ựể bón, sau khi thu hoạch xong sẽ giảm ựược công lao ựộng

* Chống hạn, chống rét cho cà phê: Sau trồng mới khi cây bóng các loại

chưa phát huy tác dụng thì phải che túp cho cà phê sớm Khi thời tiết nắng hạn hoặc rét, nhất là có sương muối cần che túp cho cà phê Túp che kắn hướng gió đông bắc,

ựể hở 1/4 phắa Tây nam, túp phải chắc chắn, cao cách ựỉnh cà phê 10-15cm, không

ựể túp ựè lên cây cà phê

* Tạo hình, tỉa cành: Khâu tạo hình, sửa cành cho cây cà phê là một trong những biện pháp kỹ thuật hết sức quan trọng, bao gồm hai bước là tạo hình cơ bản

và tạo hình nuôi quả giúp cho cây có bộ tán cân ựối, cành quả phân bố ựều trong không gian Giữ cho cây ựạt năng suất cao ổn ựịnh, tạo ựiều kiện thuận lợi cho quá trình chăm sóc, thu hái, hạn chế bớt sự tấn công phá hoại của sâu bệnh

đối với vườn cà phê ựã qua nhiều năm thu hoạch, năng suất giảm, các cành thứ cấp ựã già cỗi và mọc quá xa với thân trục chắnh thì cần phải cắt ngắn ựể tái tạo lại khung tán mới Sau khi thu hoạch xong cần cắt tất cả các cành ở ựoạn cách xa thân chắnh từ 15-20cm theo chiều ngắn dần từ phắa dưới gốc lên ựỉnh tán Sau khi tạo hình cần phải xới xáo và bổ sung thêm phân chuồng ựể cây tái tạo lại nhanh và khỏe

* Cưa ựốn phục hồi vườn cà phê: Những vườn cà phê ựã cho quả nhiều năm, cành cơ bản ựã già cỗi, năng suất giảm dần, không cho hiệu quả thì phải cưa ựốn phục hồi Thời vụ cưa ựốn vào tháng 2-3

để cây cà phê luôn phát triển tốt thì chúng ta cân thường xuyên kiểm tra phòng trừ sâu bệnh hại cà phê như phòng trừ bệnh gỉ sắt (Hemileia vastatrix Bet.Br), bệnh khô cành, khô quả, bệnh lỡ cổ rễ, bệnh rễ do tuyến trùng (Nematodes), Sâu ựục thân (Xylotrechuss quadripes Chev), các loại rệp như rệp vảy xanh (Coccus viridis), rệp vảy nâu (saissetia hemiphaerica), rệp sáp (Pseudoccoccus sp) gây hại trên các chồi, cành lá non, quả Các bệnh Mọt ựục quả ( Stephanoderes hampei), mọt ựục cành (Xyleborus morstatti)

1.3 Tình hình cơ giới hóa khâu chăm sóc cây cà phê ở Việt Nam và trên thế giới

Trong công cuộc công nghiệp hóa hiện ựại hóa ựất nước giai ựoạn hiện nay thì việc áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật và ựưa cơ giới hóa vào sản xuất

Nông Lâm nghiệp ñược ðảng và nhà nước quan tâm và ñầu tư Tuy nhiên ñối với ngành sản xuất cà phê nói riêng ở nước ta hiện nay vấn ñề cơ giới hóa trong khâu chăm sóc cây cà phê còn rất nhiều hạn chế Khâu chăm sóc cây cà phê chủ yếu là làm thủ công, sử dụng sức lao ñộng trực tiếp của con người là chính nên năng xuất lao ñộng thấp

Một trong nghiên cứu nguyên nhân chính là do ñiều kiện cơ giới hóa chăm sóc xunh quanh cây cà phê không thuận lợi và chưa có những loại máy ñáp ứng cao yêu cầu các khâu chăm sóc

1.3.1 ðiều kiện làm việc của các liên hợp máy chăm sóc cây cà phê

Các liên hợp máy chăm sóc cây cà phê trên thị trường hiện nay có ñặc ñiểm chung trong quá trình máy làm việc là yêu cầu người lao ñộng phải trực tiếp ñiều khiển bằng tay thông qua càng lái Khi cây còn nhỏ và tán lá hẹp thì việc ñiều khiển máy di chuyển vòng quanh gốc cây dễ dàng, nhưng khi tán cây rộng và thấp thì công việc này gặp rất nhiều khó khăn, làm giảm năng suất lao ñộng và nguy cơ gây mất an toàn lao ñộng hình 1.6 và hình 1.7

Hình 1.6 Máy ñào bồn ña năng [10]

Hình 1.7 Hình ảnh ñiều khiển máy xới quanh gốc cà phê khi tán cây rộng, thấp

nguy cơ gây mất an toàn lao ñộng cho người ñiều khiển

1.3.2 Một số loại máy chăm sóc cây các phê

Trên thị trường hiện nay ñã có một số mẫu máy như“ Máy ñào bồn ña năng”

do Công ty TNHH Minh Phát sản xuất phục vụ cho việc xới, ñào rãnh, làm cỏ xung quanh gốc cây cà phê Loại máy này có ñặc tình kỹ thuật: ðộng cơ vikino 5,5hp, tiêu hao nhiên liệu 5-6 lít xăng / ngày, ñào từ 200 – 300 bồn cà phê / ngày, ñào hố

ép xanh 10s 1 rãnh dài 3m sâu từ 15 ñến 30cm, rộng 35cm, làm cỏ trong vườn cà phê rậm, vườn chè lâu năm, vườn cao su, vườn ñiều, bắp ñậu [10]… Với ưu ñiểm chính là nhỏ gọn, vốn ñầu tư ít, tuy nhiên nhược ñiểm là người lái vất vả, khó chui vào gốc cây (nhất là khi tán cây ñã vươn xa và cao bằng tầm người lái máy)

Hình 1.8 Máy ñào bồn ña năng (phiên bản cũ- trái, phiên bản mới - phải)

Chúng ta cũng biết ñến Ông ðỗ ðức Quang (TP Pleiku, tỉnh Gia Lai) hiện

ñang sử dụng máy tự sáng chế ñào bồn cà phê ñộng cơ loại máy VYKYNO, kiểu máy 4 thì, 1 xy lanh có công suất 5,5 mã lực/3.600 vòng/phút; hệ thống khởi ñộng, kéo giật bằng tay, dung tích thùng nhiên liệu 5 lít, nhớt 0,5 lít Máy có tính cơ ñộng cao, thao tác dễ dàng trong các ñịa hình vườn cà phê Máy có 4 lưỡi x 4 cánh/lưỡi, tổng số có 16 cánh; bề rộng dãy xới lớn nhất 30 cm, ñộ sâu lớn nhất 20cm; kiểu truyền ñộng côn ly hợp tự ñộng Máy có kích thước dài 1,4 mét, rộng 0,4 mét, cao 0,5 mét, trọng lượng chỉ 39kg ðặc biệt máy có thể tháo rời khi bỏ lên xe máy vận chuyển ñến vườn cà phê rồi lắp ráp và sử dụng Trong quá trình sử dụng nếu có

hỏng hóc bộ phận nào cũng dễ thay thế [13]

Hình 1.9 Máy ñào bồn cà phê

Tình hình cơ giới hóa trong khâu chăm sóc cây cà phê trên thế giới: Trên thế giới ñã xuất hiện một số mẫu máy chăm sóc cây cà phê như máy xới ñất ña năng do Nhật Bản sản xuất có kích thức nhỏ gọn, trọng lượng máy từ 12kg -37kg tùy theo từng chủng loại Máy có chức năng ñể cải tạo vườn cà phê ñã già cỗi lâu năm, xới ñảo ñất cắt rễ cũ tái tạo bộ rễ mới, làm ñất tơi xốp giúp cà phê tăng trưởng nhanh mạnh, năng suất cao [11] hình 1.10

Hình 1.10 Máy xới ñất ña năng

1.4 Kết luận chương 1

1) Diện tích trồng cây cà phê hiện nay là rất lớn, từ nay ñến năm 2020 và tầm nhìn ñến năm 2030 thì diện tích trồng cà phê còn tiếp tục ñược tăng lên, ñồng thời phát triển bền vững, ñảm bảo năng suất, sản lượng, chất lượng, hiệu quả cao trong sản xuất Cà phê vẫn là mặt hàng xuất khẩu mang lại nguồn ngoại tệ xứng ñáng trong nền kinh tế quốc dân

2) Nhu cầu cơ giới hóa khâu chăm sóc cây cà phê là lớn, hiện nay khâu chăm sóc cây cà phê chủ yếu là làm bằng phương pháp thủ công, người lao ñộng làm việc vất vả nhưng năng suất lao ñộng lại thấp Gần ñây một số loại máy kéo nhỏ lái bằng càng cũng ñã ñược sử dụng ñể chăm sóc cây cà phê Tuy nhiên nhược ñiểm lớn nhất của loại máy này là người lái vất vả và ñặc biệt là khi cây phát triển cao, tán rộng thì máy rất khó chui vào gốc cây ñể làm việc, nguy cơ dẫn ñến mất an toàn lao ñộng

3) Loại máy chăm sóc cây cà phê bằng một cơ cấu ñiều khiển máy công tác chạy xung quanh gốc cây cà phê trong khi máy kéo ñứng yên là chưa thấy xuất hiện trên thực tế và ngay cả trong các tài liệu mà chúng tôi tham khảo[1], [2], [4],… Vì

vậy chúng tôi ñề xuất ý tưởng “ Nghiên cứu thiết kế cơ cấu dẫn ñộng cho bộ phận

công tác của liên hợp máy xới xung quanh gốc cây cà phê” và ñó cũng là lý do

chọn ñề tài

Chương 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH ðỘNG HỌC CƠ CẤU DẪN ðỘNG

CHO BỘ PHẬN CÔNG TÁC CHUYỂN ðỘNG QUANH GỐC CÂY CÀ PHÊ

2.1 Lựa chọn sơ ñồ ñộng của cơ cấu dẫn ñộng máy công tác chuyển ñộng

quanh gốc cây

2.1.1 Yêu cầu kỹ thuật chăm sóc cây cà phê

Trong công sản xuất cà phê, khâu chăm sóc cây cà phê có vai trò rất quan trọng gây ảnh hưởng ñến năng suất và chất lượng hạt cà phê

Các công việc chăm sóc xung quanh gốc cây cà phê bao gồm: xới ñất, làm

cỏ, bón phân Các công việc này thường yêu cầu thực hiện theo ñịnh kỳ, có thể tiến

hành ñộc lập hoặc kết hợp thực hiện cùng một lúc tùy theo từng giai ñoạn sinh

trưởng và giống cây trồng Khối lượng công việc chăm sóc là rất lớn, nặng nhọc nên

nhu cầu cơ giới hóa cho các khâu này là rất lớn, nhất là khâu xới ñất xung quanh gốc

Những khó khăn khi xới ñất xung quanh gốc cây:

− Yêu cầu bán kính quay vòng của máy kéo phải nhỏ nên khó lái, chi phí năng lượng lớn hơn nhiều so với ñi thẳng Vì lý do này nên không sử dụng ñược các

loại máy kéo có công suất lớn, chủ yếu là sử dụng các liên hợp máy kéo nhỏ lái

bằng càng Khi thực hiện công việc xới ñất, máy kéo phải quay vòng liên tục với

bán kính nhỏ trong lúc bộ phận công tác ñang làm việc nên mô men cản quay vòng

rất lớn Nếu lái bằng càng thì người lái phải làm việc với cường ñộ lao ñộng rất lớn,

nhanh mệt mỏi

− Có nhiều tán cây thấp gây cản trở người ñiều khiển máy, nhiều khi gây ảnh hưởng lớn ñến an toàn lao ñộng ðây cũng là một lý do tại sao không sử dụng

ñược máy kéo lớn lái bằng vô lăng

Với những lý do trên, ý tưởng của ñề tài này là nghiên cứu thiết kế một cơ

cấu dẫn ñộng từ máy kéo ñến máy công tác ñể có thể ñiều khiển máy công tác

chuyển ñộng vòng xung quanh gốc cây trong lúc ñó máy kéo ñứng yên Như vậy sẽ giảm cường ñộ lao ñộng cho người ñiều khiển và nâng cao tính an toàn lao ñộng ðồng thời có thể sử dụng các máy kéo có công suất trung bình, lái bằng vô lăng Công việc lái máy kéo chỉ thực hiện khi di chuyển máy từ gốc cây này sang gốc cây khác

Hiện nay, sản xuất cà phê ñã phát triển nhanh và áp dụng nhiều tiến bộ kỹ thuật hiện ñại với qui mô lớn Các cây cà phê thường ñược trồng theo lô thửa, theo hàng với các khoảng cách hàng và khoảng cách cây tương ñối ñều nhau vừa ñể nâng cao năng suất cây trồng, vừa tạo ñiều kiện thuận lợi cho việc thực hiện cơ giới hóa các khâu công nghệ sản xuất cà phê

Trên hình 2.1 là sơ phân bố cây cà phê trên mặt ñồng

Các thông số cơ bản theo yêu cầu sinh học và chăm sóc cây cà phê:

− Khoảng cách giữa hai hàng: L = 2000 mm

R ng

Vùng làm ñất b

− Khoảng cách giữa hai cây: d = 1000 mm

Theo số liệu tham khảo [9] , bán kính trung bình của quĩ ñạo chuyển ñộng - máy công tác có thể chọn trong khoảng R= 400 ÷ 600 mm

2.1.2 Lựa chọn nguyên lý làm việc của cơ cấu dẫn ñộng máy công tác chuyển ñộng vòng quanh gốc cây cà phê

ðể dẫn ñộng máy công tác chuyển ñộng vòng quanh gốc cây, có thể áp dụng một vài cơ cấu máy khác nhau Trong ñề tài này, chúng tôi dựa trên nguyên lý làm việc của cơ cấu biên-tay quay lệch tâm và cải tiến thành cơ cấu cam dẫn ñộng thủy lực từ máy kéo Sơ ñồ ñộng học của cơ cấu biên-tay quay lệch tâm có thể mô phỏng như hình 2.2

Tác ñộng lực ñể piston chuyển ñộng thẳng qua lại, thông qua biên sẽ làm cho tay quay chuyển ñộng tròn Tốc ñộ quay của tay quay ω phụ thuộc vào tốc ñộ tịnh tiến của piston V

Biên (Thanh truyền)

Hình 2.2 Sơ ñồ cơ cấu biên-tay quay lệch tâm

Sơ ựồ cơ cấu cam-ựòn gánh

Trên cơ sở nguyên lý của cơ cấu biên-tay quay lệch tâm, ta bỏ tay quay và lắp thêm một cam cố ựịnh có liên kết với ựòn gánh (thanh truyền) bằng một con lăn

cố ựịnh trên ựòn gánh, thể hiện trên hình 2.3 Tạm gọi là ỘCơ cấu cam-ựòn gánhỢ

Nguyên lý hoạt ựộng:

Xi lanh thủy lực cung cấp lực cho piston chuyển ựộng qua lại với một hành trình tương ứng với chu vi của cam, con lăn (ựiểm C) trên ựòn gánh sẽ di chuyển theo chu vi của cam điểm B trên ựòn gánh sẽ chuyển ựộng theo một quĩ ựạo khép kắn với chu kỳ bằng chu kỳ dịch chuyển của piston

Như vậy, nếu ta lắp một máy công tác (vắ dụ phay ựất trục ựứng) tại ựiểm B của ựòn gánh thì quĩ ựạo chuyển ựộng của máy công tác sẽ chuyển ựộng theo ựường cong khép kắn

Sơ ựồ nguyên lý cơ cấu dẫn ựộng máy công tác chuyển ựộng quanh gốc cây

Tuy nhiên, cơ cấu trên hình 2.3 chưa ựáp ứng ựược yêu cầu dẫn ựộng cho máy công tác chăm sóc vòng quanh cây cà phê vì ựòn gánh sẽ vướng vào gốc cây, không thể chuyển ựộng ựược theo toàn bộ một ựường cong kắn

để khắc phục hạn chế trên, chúng tôi sử dụng 02 thanh truyền lắp ựối xứng quay cam theo chuyển ựộng của piston Ở ựầu cuối (ựiểm B và BỖ) mỗi thanh truyền

sẽ lắp một máy công tác Mỗi máy công tác sẽ chuyển ựộng trên một nửa ựường cong kắn Và như vậy sẽ thực hiện chăm sóc ựược toàn bộ vùng xung quanh gốc cây Sơ ựồ nguyên lý kết cấu của cơ cấu dẫn ựộng như hình 2.4

Hình 2.3 Sơ ựồ cơ cấu cam Ờ ựòn gánh

đòn gánh

Cơ cấu dẫn ựộng máy công tác sử dụng 2 cam ựộc lập sẽ tốn công chế tạo hơn, nếu sử dụng một cam, 2 ựòn gánh cũng có thể thực hiện ựược nhiệm vụ dẫn ựộng quanh gốc cây (hình 2.5)

Nhận xét: Qua phân tắch một số cơ cấu trên có thể sơ bộ nhận ựịnh rằng:

− Các cơ cấu trên có thực hiện ựược chức năng dẫn ựộng cho máy công tác chuyển ựộng vòng quanh gốc cây theo ựường cong khép kắn Tuy nhiên, ựể ựáp ứng ựược quĩ ựạo tròn hay không thì phải tắnh toán, lựa chọn các thông số kết cấu, các thông số ựộng học và ựộng lực học thì mới có các kết luận chắnh xác

− để thực hiện công việc tắnh toán lựa chọn các thông số, ựặc biệt là biên dạng cam, có thể sử dụng các phần mềm máy tắnh hỗ trợ sẽ thuận tiện hơn nhiều, không chỉ là ựể chắnh xác và nhanh mà còn cho phép chuyển các thông số tắnh toán sang công nghệ tự ựộng hóa trong chế tạo, vắ dụ chuyển sang máy CNC

Hình 2.4 Sơ ựồ cơ cấu dẫn ựộng máy công tác

chuyển ựộng quanh gốc cây sử dụng 2 cam

ω

e

e

đòn gánh

2.1.3 Lựa chọn phương án thiết kế cam

Trong cơ cấu dẫn ñộng cam-ñòn gánh, cam là chi tiết khó chế tạo và nó ñóng vai trò quan trọng trong việc ñảm bảo cho máy công tác chuyển ñộng theo quĩ ñạo hình tròn hoặc gần tròn

Ngày nay, với các máy công cụ hiện ñại, ví dụ như máy CNC, có thể dễ dàng chế tạo chính xác các chi tiết có biên dạng phức tạp Vì thế vấn ñề chế tạo cam trên máy CNC sẽ không gặp trở ngại gì lớn Tuy nhiên cần phải thiết kế ñược biên dạng chính xác và phải chuẩn bị các thông số ñầu vào như mô tả bằng hàm toán học hoặc bằng bảng số liệu các tọa ñộ (x,y) của biên dạng cam với mật ñộ số liệu tương ñối cao

ðể có quĩ ñạo của ñiểm cuối của thanh truyền là ñường tròn, biên ñộ cam phải tuân theo qui luật ñộng học của một ñiểm trên thanh truyền (ví dụ ñiểm ta muốn lắp con lăn) trong cơ cấu biên-tay quay lệch tâm Phương trình của cam dạng này không phải là hàm toán học thường gặp và rất khó xác ñịnh

Vì thế chúng tôi lựa chọn 2 phương án thiết kế cam:

1- Chọn biên dạng cam là hình Elip Theo phương án này, cần phải xác ñịnh ñược các bán kính của hình Elip ñể cung cấp thông số ñầu vào cho máy CNC ở dạng hàm số Elip Có thể sử dụng phương pháp hình học giải tích ñể xác ñịnh các bán kính của hình Elip

2- Chọn biên dạng cam tuân theo qui luật ñộng học của cơ cấu biên - tay quay lệch tâm ( dang cam chép hình) Theo phương án này, cần phải xác ñịnh nhiều tọa ñộ của biên dạng cam Chỉ có thể sử dụng phương pháp số với sự hỗ trợ của máy tính mới thực hiện ñược chính xác và thuận tiện

2.2 Tính toán các thông số cơ bản của cơ cấu dẫn ñộng máy công tác sử dụng một cam Elip

Sơ ñồ cơ cấu dẫn ñộng máy công tác chuyển ñộng quang gốc cây khi chỉ sử dụng một cam Elip ñược mô tả trên hình 2.6

Cơ cấu bao gồm: piston 1, con trượt 2, thanh truyền 3 (hay ñòn gánh) , con lăn 4 và cam Elip 5

Piston 1 chuyển ñộng thẳng theo phương x và làm cho con trượt 2 cũng chuyển ñộng tinh tiến trên thanh trượt Con lăn 4 lăn theo rãnh cam 5 và hệ quả là làm cho ñiểm cuối của thanh truyền B (lắp máy công tác) chuyển ñộng theo quĩ ñạo cong khép kín Nếu chọn các kích thước của cam phù hợp thì quĩ ñạo chuyển ñộng của ñiểm B sẽ là hình tròn bao quanh gốc cây (tâm 0B)

Các tham số cho trước:

− Bán kính vòng tròn quĩ ñạo chuyển ñộng của máy công tác (MCT) là R;

− ðộ lệch tâm của ñường dẫn con trượt e (hay ñộ lệch tâm của cơ cấu biên tay quay lệch tâm);

Hình 2.6 Sơ ñồ xác ñịnh các thông số cơ bản của cơ cấu cam Elip

− Các kích thước của thanh truyền: L, L1, L2

Các thông số cơ bản cần xác ñịnh:

− Xác ñịnh tâm của cam elip 0C ñược ñặt cách gốc tọa ñộ của piston một khoảng là LP và cách tâm gốc cây một khoảng là LC (hình 2.6)

− Xác ñịnh các trục của elip: Trục dài a, trục ngắn b;

− Xác ñịnh gốc tọa ñộ của piston 0P và hành trình của piston S

− Kiểm tra khoảng cách an toàn bảo vệ cây d (từ ñiểm gần nhất của cam ñến gốc cây);

− Kiểm tra ñiều kiện tự hãm của cơ cấu cam tại vị trí bắt ñầu (ñiểm C1) và ñiểm kết thúc (ñiểm C3)

2.2.1 Xác ñịnh các thông số cơ bản của cam Elip

a) Xác ñịnh tâm elip

ðặt thanh truyền ở vị A2B2 tương ứng với vị trí MCT xa gốc cây nhất theo phương y Từ ñiểm C2 trên thanh truyền ta kẻ trục y vuông góc với trục x, cắt trục x tại 0C , ñó chính là tâm của cam elip, cách tâm gốc cây một ñoạn là LC

Từ sơ ñồ hình 2.6 xác ñịnh góc nghiêng α của thanh truyền tại vị trí A2B2: arcsinR e

c) Xác ñịnh trục dài a của elip

ðặt thanh truyền tại vị trí A1B1 tương ứng với vị trí của MCT xa gốc cây nhất về phía gần với xi lanh thủy lực Khi ñó ñiểm C1 trên thanh truyền cũng chính

là ñiểm tiếp xúc của con lăn với cam

Từ hình 2.6 ta xác ñịnh ñược góc β:

arcsine

L

Suy ra: 1 2

(cos cos ) sin

C C

b x a

=

− (2.4)

2.2.2 Xác ñịnh gốc tọa ñộ và hành trình của piston

Gốc tọa ñộ của piston chọn là ñiểm 0P, tương ứng với vị trí của MCT ở ñiểm

2.2.3 Kiểm tra khoảng cách an toàn bảo vệ cây

ðể an toàn cho cây không bị máy công tác hoặc cơ cấu dẫn ñộng làm hư hỏng (thân cây hoặc rễ cây), cần phải thiết kế các cơ cấu luôn cách mô khoảng cách nào ñó theo yêu cầu nông học Trên hình 2.1 mô phỏng vùng an toàn bảo vệ cây có bán kính là R0

ðể máy công tác chuyển ñộng tròn quanh gốc cây, cần phải ñưa tâm cam ñến

vị trí cách gốc cây một ñoạn LB Khi ñó ñiểm ngoài cùng của cam có thể chạm vào gốc cây, làm hư hại cây

ðiều kiện an toàn không cho cam chạm vào vùng bảo vệ là:

d ≥ R0

hoặc LB – a ≥ R0 (2.8)

Nếu không thỏa mãn ñiều kiện an toàn (2.8), cần phải tiến hành tính toán lại các bước trong mục 2.2.1 và 2.2.2 theo một trong các phương án sau:

− Chọn lại vị trí lắp con lăn (ñiểm C) trên thanh truyền: chọn lại L1

− Chọn lại ñộ lệch tâm e của thanh trượt so với trục x

− Chọn lại kích thước thanh truyền (L, L1, L2)

Tuy nhiên, sự an toàn bảo vệ cây còn phụ thuộc vào một số yếu tố khác như loại máy công tác, kết cấu của thanh truyền, chiều cao các tán cây, Do thời gian

có hạn nên các vấn ñề này không nghiên cứu trong công trình này

2.2.4 Kiểm tra ñiều kiện tự hãm của cơ cấu cam Elip

Vị trí tiếp xúc của con lăn với rãnh cam thay ñổi liên tục trong quá trình làm việc Khi thanh truyền ở vị trí ban ñầu A1B1 và vị trí kết thúc hành trình A3B3 thì khả năng tự hãm là lớn nhất Do tính chất ñối xứng, nên ta chỉ cần kiểm tra ở vị trí ban ñầu Sơ ñồ kiểm tra như hình 2.8

Tại ñiểm tiếp xúc C1, thanh truyền tác ñộng lên mặt cam một lực P Phân tích lực P thành 2 thành phần:

Pr =Prn+Prt

− Thành phần lực pháp tuyến Pn: P n =Psinϕ

Hình 2.7 Kiểm tra an toàn bảo vệ cây

Vùng xới ñất Vùng bảo vệ Gốc cây

− Thành phần lực tiếp tuyến Pt : P t =Pcosϕ

Tại vùng tiếp xúc sẽ sinh ra lực ma sát Pms: P ms =µP n

C C

x b

y a

θ

= = − (2.12)

hoặc:

2 1 2 1

C

x b arctg

y a

θ = − (2.13) Lưu ý rằng xC1 có giá trị âm (xét theo hệ tọa ñộ x0Cy)

Thay các giá trị β và θ vào (2.10) ta ñược ñiều kiện ñảm bảo không tự hãm:

β θ arctg1

µ

+ < (2.14) hay

2 1 2 1

Trong ñó xC1 và yC1 ñược xác ñịnh theo công thức (2.3)

Khi sử dụng con lăn bằng kim loại, hệ số ma sát lăn rất nhỏ nên ñiều kiện (2.15) luôn thỏa mãn vì tại vị trí tiếp xúc C1 ta luôn luôn có góc β >.0

2.2.5 Xác ñịnh quĩ ñạo của của máy công tác

Tâm hình học của máy công tác ñược lắp ở ñiểm cuối của thanh truyền (ñiểm B) Do ñó quĩ ñạo chuyển ñộng của máy công tác xung quang gốc cây ñược qui ước

là quĩ ñạo ñiểm cuối của thanh truyền (quĩ ñạo của ñiểm B trên hình 2.9)

Chọn gốc tọa ñộ là tâm cam 0C ta sẽ có hệ tọa ñộ là x0Cy Ký hiệu tọa ñộ của ñiểm khảo sát trên cung elip là xC, yC ; tọa ñộ của tâm máy công tác là xB, yB

Chọn biến khảo sát là xC có giá trị biến thiên từ xC1 (tương ứng với ñiểm C1) ñến xC3 (tương ứng với ñiểm C3 – ñiểm kết thúc một hành trình của piston)

Dựa trên hình 2.9 ta có thể xác ñịnh ñược các thông số khảo sát, cụ thể như sau:

Tung ñộ của ñiểm C:

2 2 2 (1 C)



 (2.16)

ðộ dịch chuyển của piston S : S =L P− ( cosL α−x B) (2.17)

Hình 2.9 Xác ñịnh quĩ ñạo của tâm máy công tác khi sử dụng

cơ cấu một cam Elip

x

x A

Tâm của ñường cong quĩ ñạo của ñiểm B là 0B nằm trên trục x và có tọa ñộ: max min

xmax = L2 cosβ −x C3

Vì xC3 = -xC1 nên xmax =L2 cosβ +x c1

Tóm lại, nội dung của bài toán xác ñịnh các thông số cơ bản của cơ cấu dẫn ñộng máy công tác khi sử dụng một cam elip như sau:

Chọn các thông số ñầu vào:

− Bán kính của quĩ ñạo chuyển ñộng máy công tác: R

− Bán kính vùng bảo vệ cây: R0

− Chiều dài thanh truyền và vị trí lắp con lăn trên thanh truyền: L, L1

− ðộ lệch tâm của ñường chạy con trượt (ñiểm A trên biên): e

Các thông số cơ bản cần xác ñịnh:

− Xác ñịnh ñược các bán kính của cam elip: a, b

− Khoảng cách từ tâm cam 0C ñến tâm gốc cây: LB

− Khoảng cách từ tâm cam 0C ñến gốc tọa ñộ của piston 0P: LP

− Hành trình piston: S

− Khoảng cách từ ñiểm cuối của cam ñến gốc cây: d

− Quĩ ñạo chuyển ñộng của máy công tac (ñiểm B trên thanh truyền)

Với các thông số cơ bản trên ta ñã xác ñịnh ñược biên dạng cam, vị trí lắp ñặt cam, xi lanh lực và ñiểm chặn hành trình của piston (A3), vị trí ñỗ máy kéo và kiểm soát ñược vùng an toàn bảo vệ cho cây

Các thông số trên cũng là cơ sở ñể xây dựng các bài toán ñộng học và ñộng lực học của cơ cấu (không giải quyết trong ñề tài này)

Việc kiểm ñịnh hệ thống công thức và khả năng áp dụng cơ cấu sẽ ñược trình bày ở chương 3 (thông qua các kết quả khảo sát trên máy tính)

2.3 Tính toán các thông số cơ bản của cơ cấu dẫn ñộng máy công tác sử dụng hai cam elip

Trên hình 2.10 là sơ ñồ ñộng học của cơ cấu dẫn ñộng sử dụng hai cam elip giống nhau, mỗi cơ cấu cam dẫn ñộng một máy công tác

Nếu xem xét một nhánh thì nguyên lý làm việc cũng tương tự như cơ cấu dẫn ñộng sử dụng một cam elip như ñã trình bày ở mục 2.2 ðiểm khác nhau cơ bản là tâm cam không nằm trên trục x ðối với nhánh trên, tâm cam là 0C1 dịch lên một ñoạn là u , còn ñối với nhánh dưới, tâm cam là 0C2 dịch xuống một ñoạn là –u

Do tâm cam elip không nằm trên trục x ñi qua gốc cây nên tính chất ñộng học cũng có những ñiểm khác nhau nhất ñịnh so với loại cơ cấu một cam elip Và

do ñó không thể sử dụng các công thức tính toán ñã trình bày ở mục 2.2

2.3.1 Xác ñịnh các thông số của cơ cấu 2 cam elip

Do hai cam hoàn toàn giống nhau và lắp ñối xứng qua trục x nên chỉ thiết kế một cam Sơ ñồ xác ñịnh các thông số của cơ cấu thể hiện trên hình 2.12.Các thông

số ñầu vào cũng tương tự như bài toán cơ cấu dẫn ñộng sử dụng một cam elip

Hình 2.10 Sơ ñồ ñộng học cơ cấu dẫn ñộng máy công tác

chuyển ñộng vòng quanh gốc cây

y C

h C

α α